Concepto, Características y Funciones de los Glúcidos Clasificación
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www.clasesalacarta.com 1 Tema 3.- Glúcidos Concepto, Características y Funciones de los Glúcidos Son compuestos orgánicos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno; en algunos casos pueden tener además otros elementos químicos como nitrógeno, azufre o fósforo El nombre de hidratos de carbono hace referencia a la fórmula general Cn(H2O)m y el de azúcares a su sabor dulce, aunque sólo los de baja masa molecular lo tienen. Químicamente son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas, sus derivados o sus polímeros. Algunos son moléculas de relativamente baja masa molecular (glucosa: Mm=180 Da) y otros tienen masas moleculares de más de 100.000 Da y son grandes moléculas, macromoléculas (almidón). Sus propiedades físicas y químicas son muy variadas. Con respecto 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 cubiertas de ciertos animales (quitina). Ribosa y desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos. Clasificación de los Glúcidos Según su complejidad se clasifican en: 1) Monosacáridos u osas.- son los más simples, no son hidrolizables (no se descomponen en glúcidos más simples), es decir, constituyen los monómeros a partir de los cuales se forman los demás glúcidos 2) Ósidos.- se forman por la unión de varios monosacáridos mediante enlaces O-glicosídicos, pueden tener además, otros componentes no glucídicos. Son hidrolizables (se descomponen en los monosacáridos y demás compuestos que los forman): a) Holósidos.- formados por C, H y O, exclusivamente i) Oligosacáridos.- 2 - 10 monosacáridos ii) Polisacáridos.- > 10 monosacáridos b) Heterósidos.- formados por osas y otros compuestos no glucídicos. Por lo tanto, además de C, H y O, contienen otros elementos químicos, como N o S Monosacáridos Químicamente son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o sus derivados. Se caracterizan por no ser hidrolizables. Polihidroxialdehído: Monosacáridos Aldosas Polihidroxicetonas: Monosacáridos Cetosas Compuesto orgánico con una función aldehído (-CHO) en el C-1 y en los restantes una función alcohol (-OH) Compuesto orgánico con una función cetona (-CO) normalmente en el C-2 y en los restantes una función alcohol (-OH) Los monosacáridos responden a la fórmula empírica Cn(H2O)m: n = 3-7 á á 2 Química _ 2º Bachillerato Función Nº Carbonos Aldehído Nombre Aldotriosa 3 Cetona Aldehído Cetotriosa Aldotetrosa 4 Cetona Aldehído Cetotetrosa Aldopentosa 5 Cetona Aldehído Cetopentosa Aldohexosa 6 Cetona Aldehído Cetohexosa Aldoheptosa 7 Cetona Cetoheptosa Aldosas Serie D 3C CHO H- C -OH CH2OH D-Gliceraldehído 4C CHO CHO H-C-OH HO- C -H H- C -OH H- C -OH CH2OH D-Eritrosa CH2OH D-Triosa 5C CHO CHO CHO H- C -OH HO- C -H CH2OH H- C -OH H- C -OH CH2OH CH2OH CH2OH D-Ribosa HO- C -H H- C -OH HO- C -H H- C -OH HO- C -H H- C -OH H- C -OH H- C -OH CHO D-Arabinosa D-Xilosa D-Lixosa 6C CHO H- C -OH CHO HO- C -H CHO H- C -OH CHO HO- C -H H- C -OH HO- C -H H- C -OH CHO HO- C -H H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH D-Alosa D-Altrosa HO- C -H CHO D-Glucosa D-Manosa HO- C -H D-Gulosa H- C -OH HO- C -H D-Idosa CHO H- C -OH CHO HO- C -H HO- C -H HO- C -H HO- C -H HO- C -H H- C -OH CH2OH DGalactosa H- C -OH CH2OH D-Talosa www.clasesalacarta.com 3 Tema 3.- Glúcidos Cetosas Serie D 3C CH2OH C=O CH2OH Dihidroxiacetona 4C CH2OH C=O H- C -OH CH2OH D-Eritrulosa 5C CH2OH CH2OH C=O C=O H- C -OH HO- C -H H- C -OH H- C -OH CH2OH D-Ribulosa CH2OH D-Xilulosa 6C CH2OH CH2OH CH2OH C=O C=O C=O H- C –OH HO- C –H H- C -OH C=O HO- C –H H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH H- C -OH CH2OH D-Psicosa CH2OH D-Fructosa CH2OH D-Sorbosa CH2OH D-Tagatosa HO- C -H CH2OH HO- C -H Propiedades Físicas Sólidos Cristalinos Incoloros o blancos Sabor dulce Al ser los grupos –OH polares, los monosacáridos son muy solubles en agua (puentes de hidrógeno) 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. Cu2+ (azul) Cu+ (rojo) á á 4 Química _ 2º Bachillerato Diastereoisomería Los monosacáridos tienen átomos de carbonos asimétricos (carbonos con 4 sustituyentes diferentes: C*), esto conlleva a 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. n El número de isómeros ópticos, para un monosacárido es de 2 , siendo n el número de átomos de C*. De los 2 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. n Los monosacáridos que tienen el OH del último átomo de C*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 la forma D-. Los monosacáridos con más de un C* originan otro tipo de isómeros ópticos, los epímeros, se diferencian en la disposición del grupo –OH en los C* que no sean el más alejado del grupo funcional. Ciclación En disolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal (Proyección de Fischer), mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura (Proyección de Haworth). En la representación de Haworth la cadena carbonada se cicla situada sobre un plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o por debajo de ese plano. La ciclación ocurre con las aldopentosas y las hexosas (tanto aldosas como cetosas), el grupo carbonilo (C=O) reacciona con el grupo hidroxilo (C-OH) del C-4, en las aldopentosas, o del C-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. Aldohexosa Pirano (6C) C6H2OH O H H OH OH C1 =O HO – C3 – H H – C4 – OH H– C5 – OH C6H2OH OH H C6H2OH C5 C4 C3 C2 C1 OH OH OH O H OH H – C2 – OH H OH C6H2OH O H OH OH OH H OH www.clasesalacarta.com 5 Tema 3.- Glúcidos Cetohexosa Furano (5C) O H2OHC6 C1H2OH C1H2OH H OH OH C2 = O HO – C3 – H C6 H 2OH H OH OH C5 C4 C3 C2 OH C1 H H – C4 – OH 2OH OH H O H – C5 – OH O H2OHC6 OH C1H2OH OH C6H2OH OH Aldopentosa Furano (5C) H H– C2 O H2OHC5 C1 = O – OH H H OH H HO – C3 – H OH OH OH O H – C4 – OH OH OH H H – C5 C4 C3 C2 C1 OH H O H2OHC5 H2 – C5 – OH OH OH H H OH El plano del anillo perpendicular al plano de escritura C-2 y C-3 dirigidos hacia delante C-5 y O del anillo hacia detrás Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano Los OH que en la fórmula lineal estaban a la izquierda se ponen hacia arriba del plano En las formas D- el CH2OH se pone por encima del plano En las formas L- el CH2OH se pone por debajo del plano Si las fórmulas cíclicas forman un anillo pentagonal reciben el nombre de furanosas, mientras que si éste es hexagonal se denominan piranosas. En las piranosas el anillo puede adoptar dos disposiciones diferentes: Silla: si el C-1 y el C-4 están a ambos lados del plano formado por los C-2, C-3 y C-5 Bote o nave: si el C-1 y el C-4 están a un mismo lado del plano formado por los C-2, C-3 y C-5 CH2OH OH O CH2OH HO HO HO HO OH OH O OH -D-Glucosa: Forma Bote -D-Glucosa: Forma Silla Formas α y ß Cuando se produce la ciclación de la molécula aparece un nuevo átomo de C*, el C-1 en las aldosas o el C-2 en las cetosas, llamado 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, llamados anómeros: formas y á á 6 Química _ 2º Bachillerato Monosacáridos de Interés Biológico Glucosa Fructosa Aldohexosa Muy abundante tanto entre los vegetales como entre los animales. Forma parte de muchos disacáridos y polisacáridos. Importante fuente de energía de las células CH2OH O Cetohexosa Sustancia muy difundida entre las plantas, sobre todo en sus frutos, y en la miel. En el hígado se transforma en glucosa. Junto con la glucosa forma el disacárido sacarosa O CH2OH OH CH2OH OH OH OH OH OH OH Ribosa Desoxirribosa Aldopentosa. Forma parte de muchas sustancias orgánicas de gran interés biológico, como el ATP o el ARN CH2OH OH O Derivada de la ribosa. Le falta el grupo alcohol en el C-2. Forma parte del ADN. CH2OH OH OH H Galactosa OH OH N-acetilglucosamina O Junto con la glucosa forma la lactosa Derivado de la glucosa. Se encuentra en las paredes de las bacterias y es también el monómero que forma el polisacárido quitina presente en el exoesqueleto de los insectos y las paredes celulares de muchos hongos CH2OH O OH CH2OH OH OH O OH OH NH OH OH CO CH3 Los Oligosacáridos: el enlace O-glicosídico Los oligosacáridos están formados por la unión de 10 o menos de 10 monosacáridos mediante un enlace Oglicosídico (reacción del -OH del carbono anomérico de un monosacárido con otro -OH de otro monosacárido). Cuando se unen dos monosacáridos se forma un disacárido: CH2OH CH2OH O O O OH OH OH OH OH OH La hidrólisis de los oligosacáridos proporciona los correspondientes monosacáridos Los -OH que intervienen en el enlace pueden encontrarse bien en forma o , lo que dará lugar a sustancias diferentes. www.clasesalacarta.com 7 Tema 3.- Glúcidos Los disacáridos son sustancias de propiedades similares a las de los monosacáridos. Si los -OH de los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos intervienen en el enlace O-glicosídico, enlace dicarbonílico, el disacárido no será reductor, pues no tiene ningún OH hemiacetálico / hemicetálico libre. Un enlace monocarbonílico es cuando sólo interviene uno de los carbonos anoméricos en el enlace O-glicosídico 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. Disacáridos de Interés Biológico Sacarosa Lactosa -D-glucosa + -D-fructosa (1→2) Intervienen los 2 carbonos anoméricos No reductor Caña de azúcar y remolacha -D-galactosa + - D-glucosa ( 1 4) Reductor Leche de mamíferos OH OH CH2OH CH2OH OH O CH2OH OH OH CH2OH O Dos - D-glucosas unidas por un enlace 1 4 Reductor Se obtiene por hidrólisis de la celulosa CH2OH O OH OH OH CH2OH O O OH OH Celobiosa Dos - D-glucosas unidas por un enlace 1 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) CH2OH OH OH Maltosa O O OH O OH CH2OH O CH2OH O OH OH OH OH OH O O OH OH OH OH 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. Son macromoléculas, moléculas de elevada masa molecular, miles o centenares de miles de daltons (Da) Algunos polisacáridos presentan ramificaciones 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 (homolisacáridos) El almidón es un polisacárido con función energética sintetizado por los vegetales. Está formado por dos compuestos de diferente estructura: á á 8 Química _ 2º Bachillerato Amilosa: formada por -D-glucopiranosas unidas por centenares o miles (normalmente de 300 a 3000 unidades de glucosa) mediante enlaces (1 4) en una cadena sin ramificar, o muy escasamente ramificada mediante enlaces (1 6). Esta cadena adopta una disposición helicoidal y tiene seis monómeros por cada vuelta de hélice. Suele constituir del 25 al 30 % del almidón. Amilopectina: constituye el 70-75 % restante. También está formada por -D-glucopiranosas, aunque en este caso conforma una cadena altamente ramificada en la que hay uniones (1 4), como se indicó en el caso anterior, y muchos enlaces (1 6) que originan lugares de ramificación cada doce monómeros. Su peso molecular es muy elevado, ya que cada molécula suele reunir de 2.000 a 200.000 unidades de glucosa. El almidón se reconoce fácilmente por teñirse de violeta con disoluciones de iodo (solución de Lugol) CH2OH CH2OH O O 4 O 1 4 O 1 O CH2OH 6CH2 CH2OH O 4 O O 1 4 O O 1 4 O 1 O n El glucógeno es un polisacárido de reserva energética en los animales. Se encuentra en el hígado y en los músculos donde se hidroliza transformándose en glucosa. Su estructura es similar a la del almidón, aunque más ramificado y su masa molecular es mucho mayor. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de -glucosas formadas por enlaces (1 4); uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace (1 6), tal y como sucede en la amilopectina del almidón. Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 120.000 monómeros de glucosa. CH2OH CH2OH O O 4 O 1 4 O 1 O O 6 CH2 O 6 CH2 CH2OH O 4 O O 1 O 4 1 4 O 1 O 7-11 La celulosa es sintetizada por los vegetales, tiene función estructural, formando parte importante de la pared celular Está formada por la unión (1 4) de varios millares de moléculas de glucosa. Debido al tipo de enlace cada molécula de glucosa está girada 180º 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. CH2OH CH2OH O O 4 O 1 O 4 1 O 4 1 O 4 O O CH2OH 1 CH2OH O www.clasesalacarta.com 9 Tema 3.- Glúcidos La quitina está formada por un derivado nitrogenado de la glucosa: la N-acetil-glucosamina. Constituye los exoesqueletos de los artrópodos CH3 CH3 C=O C=O CH2OH O 4 NH O 1 O 4 1 CH2OH O 4 NH O 1 O 4 O NH C=O CH3 CH2OH 1 O O NH CH2OH C=O CH3 También podemos encontrar en los seres vivos otros polisacáridos más complejos: Pectinas: en las paredes celulósicas de los vegetales, formadas por la polimerización del ácido galacturónico, un derivado ácido de la galactosa Péptidoglucanos: en las paredes bacterianas, formados por polisacáridos asociados a cadenas peptídicas
