Glúcidos: Concepto, Clasificación y Funciones

Tema 2: Glúcidos.
1.​ Concepto y clasificación.
Concepto:
Los glúcidos o carbohidratos son biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno
(C, H, O), por eso se llaman compuestos ternarios. Se conocen también como azúcares o
sacáridos.
Aunque se les llama “hidratos de carbono”, en realidad son polihidroxialdehídos o
polihidroxicetonas, es decir, moléculas con:
-​ Una cadena de carbonos.
-​ Un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO-).
-​ Varios grupos hidroxilo (-OH).
Su fórmula general se aproxima a (C·H2O)n con n ≥ 3, esto quiere decir que por cada átomo
de carbono hay la misma proporción de agua.
Si n es el número de carbonos, entonces:
-​ Hay n átomos de carbono.
-​ Hay 2·n átomos de hidrógeno.
-​ Hay n átomos de oxígeno.
Si n es 3 pues sería: C3·H6O3 , porque el número de n multiplica todo.
Clasificación:
➢​ Osas = monosacáridos (unidad básica).
○​ No se pueden romper en más pequeños.
○​ Según grupo funcional:
■​ Aldosas: con aldehído (glucosa).
■​ Cetosas: con cetona (fructosa).
○​ Según nº de carbonos:
■​ Triosa 3C, Tetrosa 4C, Pentosa 5C, Hexosa 6C.
■​ ej: glucosa = hexosa 6C, azúcar más abundante.
➢​ Ósidos = Unión de varios monosacáridos.
○​ Holósidos (sólo azúcares):
■​ Oligosacáridos: 2-10 monosacáridos (ej: sacarosa = glucosa +
fructosa).
■​ Polisacáridos: muchos monosacáridos.
●​ Homopolisacáridos: todos iguales (ej: almidón, glucógeno,
celulosa, pectina).
●​ Heteropolisacáridos: diferentes (ej: hemicelulosa, ácido
hialurónico)
○​ Heterósidos: azúcar + otra cosa (aglucona).
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★​ IDEA CLAVE:
○​ Monosacárido → Glucosa
○​ Disacárido → Sacarosa
○​ Polisacárido → Almidón, glucógeno
Las unidades básicas o monómeros de los glúcidos son los monosacáridos, de todos ellos
la glucosa es el más abundante, tiene 6 átomos de carbono y es el combustible principal
para la mayoría de organismos,
Los ósidos resultan de la unión, a través de enlaces glicosídicos, de dos o más
monosacáridos y se denominan holósidos cuando están constituidos por azúcares y
heterósidos en caso de presentar una fracción de naturaleza no glucídica, llamada
aglucón (ej: glucolípidos y glucoproteínas).
Los oligosacáridos:
-​ Contienen de 2 a 10 unidades de monosacáridos unidas por enlaces glicosídicos
(enlace covalente).
-​ Los más comunes son los disacáridos ( 2 monosacáridos).
Los polisacáridos:
-​ Lo forman más de 10 monosacáridos, con pesos moleculares hasta 106 Da.
-​ Homopolisacárido: polimerización de un sólo tipo de monosacárido.
-​ Heteropolisacárido: contienen dos o más tipos de monosacáridos.
➢​ Funciones generales e importancia biológicas.
○​ Energética: entre ellos la glucosa que es el azúcar más utilizado para este
fin. Su oxidación libera energía, que permite la realización de los procesos
vitales.
○​ Estructural: algunos azúcares forman parte esencial de las paredes
celulares de los vegetales (celulosa), de las paredes bacterianas, del
exoesqueleto de los artrópodos y los caparazones de los crustáceos y de
los ácidos nucleicos (ribosa y desoxirribosa).
○​ De reserva: actúan como material de reserva energética, como el almidón en
los vegetales y el glucógeno en animales.
○​ Otras: precursores de otras sustancias y glucoproteínas (reconocimiento
entre células).
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2.​ Los monosacáridos.
Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos (monómeros) y por lo tanto, no son
hidrolizables (no se pueden descomponer mediante la acción del agua).
Se definen como aldehídos o cetonas, según el nº de carbonos que tengan tendrán la
siguiente clasificación.
GRUPO
Nº de átomos de carbono
TRIOSAS/ TRI
3
TETROSAS/ TETRA
4
PENTOSAS/ PENT
5
HEXOSAS/ HEX
6
HEPTOSAS/ HEPT
7
Es raro ver más de 7 carbonos.
Dependiendo si es un grupo aldehído o cetona tendrá un prefijo diferente.
Aldehído: aldo + tri + osa (al principio)
Cetona: ceto + tri + osa (en medio)
2.1. Funciones y propiedades químicas de los monosacáridos.
Son intermediarios del metabolismo celular; componentes estructurales de los nucleótidos y
ácidos nucleicos; y además, son los combustibles metabólicos de la célula. Sus
propiedades químicas principales son:
➢​ Poder reductor: son capaces de ceder electrones y oxidarse (al encontrarse en
agua), reduciendo fácilmente a los compuestos de cobre pasando a un grupo ácido.
➢​ Forman enlaces glucosídicos: responsables de la formación de un monosacárido
con otro.
2.2. Propiedades físicas de los monosacáridos.
Los monosacáridos son glúcidos cristalizables sólidos; de color blanco o incoloro, poseen
un sabor dulce, son solubles en agua e insolubles en disolventes orgánicos. Presentan
isomería espacial o estereoisomería e isomería óptica.
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Isomería espacial o estereoisomería.
Es la propiedad de ciertos compuestos químicos, los estereoisómeros, que con igual
fórmula química, poseen una fórmula estructural diferente, de modo que las diferencian solo
en la orientación espacial de los átomos que los constituyen. Los isómeros se diferencian
por presentar distintas propiedades, ya sean físicas o químicas.
Este tipo de isomería aparece cuando la molécula presenta carbonos asimétricos (carbono
unido a cuatro constituyentes distintos). Los radicales unidos a estos carbonos pueden
disponerse en el espacio en distintas posiciones. Cuanto más carbonos tenga la
molécula, más estereoisómeros presenta. Así, el número de estereoisómeros de una
molécula es de 2n, siendo n el número de carbonos asimétricos.
Ejemplo:
El carbono asimétrico más alejado del grupo funcional (el que tiene el grupo aldehído o
cetona), sirve de referencia para nombrar la isomería de una molécula.
-​ Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra representado a su derecha
en la proyección lineal se dice que esa molécula es D.
-​ Cuando el grupo alcohol se encuentra representado a su izquierda en la proyección
lineal se dice que esa molécula es L.
Hay dos tipos de estereoisómeros:
➢​ Enantiómeros: son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los carbonos
asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera, es decir, una
es la imagen especular de la otra. Presentan las mismas propiedades
físico-químicas, pero distinta actividad óptica. Esto permite diferenciar dos
isómeros ópticos:
○​ Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es
dextrógiro y se presenta con el signo +.
○​ Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se
representa con el signo –.
El hecho de que un monosacárido sea dextrógiro no implica que tenga configuración
D; así mismo, que sea levógiro no implica una configuración L.
➢​ Epímeros: son estereoisómeros que se diferencian en la posición de un único -OH
en un carbono asimétrico. Los epímeros representan diferentes propiedades
físico-químicas.
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2.3. Ciclación de los monosacáridos.
Los monosacáridos con 5 o más carbonos pueden formar estructuras en forma de anillo
cuando están en agua. Estas estructuras se llaman proyecciones de Haworth.
El anillo se forma porque el grupo carbonilo (C=O) reacciona con un grupo hidroxilo (-OH)
de carbono más alejado.
-​ Si el carbonilo es un aldehído, el enlace se llama hemiacetal (a de aldehído).
-​ Si es una cetona, se llama hemicetal (c de cetona).
El anillo puede ser de 6 lados (piranosa) o de 5 lados (furanosa). En el dibujo de Haworth:
-​ Los -OH que estaban a la derecha en la forma lineal se colocan hacia abajo.
-​ Los que estaban a la izquierda, hacia arriba.
-​ En los azúcares de la serie D (dcha), el grupo -CH2OH va hacia arriba y en los de la
serie L (izq) va hacia abajo.
Al cerrarse el anillo aparece un nuevo carbono asimétrico, llamado carbono anomérico (C1
en las aldosas y C2 en las cetosas). Según la posición del -OH en ese carbono hay dos
formas:
-​ Alfa (α): el -OH del carbono anomérico está hacia abajo.
-​ Beta (β): el -OH del carbono anomérico está hacia arriba.
Nomenclatura de las formas cíclicas.
Para nombrar la forma cíclica de un monosacárido, se indica en primer lugar si alfa o beta,
si es D o L y por último, el nombre del monosacárido y el tipo de anillo.
2.4. Principales monosacáridos.
➢​ Glucosa: es una aldohexosa, es el azúcar más utilizado por las células como fuente
de energía y su polimerización conduce a la formación de polisacáridos más
comunes. Se puede obtener de la digestión de los glúcidos que tomamos con el
alimento (los almacenamos en el hígado y en los músculos, como un polisacárido de
reserva llamado glucógeno). Al degradarse en CO2 y H2O proporciona la energía
que nuestras células necesitan para sus múltiples actividades.
➢​ Fructosa: es una cetohexosa que se encuentra en la mayoría de las frutas y en la
miel. Forma parte (junto con la glucosa) del disacárido sacarosa. En el hígado se
transforma en glucosa, por lo que posee una función energética.
➢​ Ribosa: es una aldopentosa que forma parte de la estructura de los ácidos nucleicos
(ARN o ácido ribonucleico).
➢​ Desoxirribosa: es un monosacárido que se origina por reducción de la ribosa en el
carbono 2. Es el azúcar que forma parte del ADN o del ácido desoxirribonucleico.
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3.​ Los Oligosacáridos.
Los oligosacáridos están formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos mediante un
enlace O-glucosídico. Los más importantes son los disacáridos.
3.1. Enlace O-glucosídico.
Se establece cuando reacciona un -OH de un monosacárido con un grupo hidroxilo (-OH)
de otro monosacárido. En esta unión se desprende una molécula de agua y se forma una
molécula conocida como ósido o glucósido. El carbono anomérico implicado en el enlace
glucosídico pierde su carácter reductor. La unión de los monosacáridos por enlace
O-glucosídico da origen a disacáridos, oligosacáridos o polisacáridos.
Si en el enlace interviene un grupo funcional, se establece un
enlace monocarbonílico (disacárido reductor).
Si intervienen los dos grupos funcionales , será un enlace
dicarbonílico (este disacárido pierde el poder reductor).
Estos enlaces α o 𝝱-glucosídicos, dependiendo de la posición que el grupo -OH del primer
carbono (en la posición α, el grupo -OH del primer carbono está hacia abajo en la
representación de Haworth y en la 𝝱 hacia arriba).
3.2. Disacáridos.
Son oligosacáridos formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace
O-glucosídico. Son solubles en agua, dulces, cristalizables e hidrolizables. Los más
destacados son:
➢​ Sacarosa: está formada por la unión α (1-2) de una molécula de α-D-glucopiranosa
con una molécula de 𝝱-D-fructofuranosa. No posee poder reductor al no tener libre
ningún grupo -OH de los carbonos anoméricos.
➢​ Maltosa: formada por dos moléculas de α-D-glucopiranosa (1-4). Se obtiene de la
hidrólisis parcial del almidón y del glucógeno. Es un azúcar reductor (tiene libre el C1
de la 2ª glucosa).
➢​ Lactosa: formada por la unión 𝝱(1-4) de la 𝝱-D-galactopiranosa y de la
D-glucopiranosa. Es un disacárido con poder reductor al conservar libre el -OH del
carbono anomérico de la glucosa.
➢​ Celobiosa: se obtiene de la hidrólisis de la celulosa.
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4.​ Los Polisacáridos.
Son polímeros formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces
O-glucosídicos. Por tanto, son hidrolizables, carecen de poder reductor, son sólidos no
cristalinos de color blanco. Son insípidos e insolubles en agua, aunque en medio acuoso,
algunos, como el almidón, pueden formar dispersiones coloidales.
Desempeñan funciones de reserva energética o estructurales: los que realizan
funciones estructurales presentan enlaces 𝝱-glucosídicos (celulosa, quitina), mientras que
los que actúan como reserva energética presentan enlaces α-glucosídicos (almidón,
glucógeno).
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4.1. Homopolisacáridos.
Surgen por la unión del mismo tipo de monosacárido mediante enlaces O-glucosídicos
monocarbonílicos.
ALMIDÓN
Es un homopolisacárido de reserva de energía de los vegetales. Estructuralmente es un
polímero formado por miles de moléculas de α-D-glucopiranosa, unidas por enlaces
O-glucosídicos α(1-4) y α(1-6). Los granos de almidón constan de dos unidades
estructurales.
➢​ Amilosa: 30% del total del almidón. Está constituida por moléculas de glucosa
unidas por enlaces α(1-4). Esta cadena adopta una disposición helicoidal. Carece
de ramificaciones y es parcialmente soluble en agua.
➢​ Amilopectina: 70% del almidón la molécula adopta una disposición en hélice, dando
una vuelta por cada 6 moléculas de glucosa, además, cada 20 o 30 glucosas,
presenta ramificaciones por uniones α(1-6).
GLUCÓGENO
Es la molécula de reserva energética que poseemos los animales. Se acumula en el
hígado y los músculos, donde cuando es necesario se moviliza convirtiéndose en glucosa.
Posee una estructura molecular helicoidal ramificada de muchísimas moléculas de glucosa
con enlaces α(1-4) y con ramificaciones con enlaces α(1-6), cada 10 glucosas.
CELULOSA
Se encuentra exclusivamente en las células vegetales, formando parte de la pared celular
(función esquelética). Es una molécula de estructura lineal, no ramificada, unida por
enlaces 𝝱 (1-4). 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.
Varias cadenas paralelas se unen entre sí por puentes de hidrógeno, formando las micelas,
estas a su vez se unen formando microfibrillas, y estas forman las fibras de celulosa. Esta
estructura hace que las fibras sean muy rígidas e insolubles en agua, por lo que es un
importante elemento estructural en las plantas.
El ser humano no tiene enzimas capaces de hidrolizar enlaces 𝝱 (1-4), sin embargo, la
ingestión de celulosa genera residuos, que facilitan el buen funcionamiento del aparato
digestivo. Los animales herbívoros tienen microorganismos como bacterias que producen
celulasa, enzima que hidroliza la celulosa.
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QUITINA
Es un polisacárido que realiza una función estructural. Se encuentra en las paredes
celulares de los hongos y en el exoesqueleto de los artrópodos. Su estructura es un
polímero lineal no ramificado, cuyos monómeros son un derivado de la glucosa, la
N-acetil-glucosamina unidos por enlaces 𝝱 (1-4).
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4.2. Heteropolisacáridos.
Están formados por la unión de diferentes monosacáridos (o sus derivados) mediante
enlaces O-glucosídicos monocarbonílicos. Suelen tener funciones estructurales y
lubricantes. Los más conocidos son:
-​ Pectinas y hemicelulosas que forman parte de las paredes celulares de vegetales.
-​ Agar-agar.
-​ Mucopolisacáridos o glucosaminoglucanos.
5.​ Los Heterósidos.
Compuestos que se originan por la asociación, mediante glucosídicos, de glúcidos con otros
componentes no glucídicos.
Los más importantes son:
-​ Glucolípidos y glucoproteínas estructurales.
-​ Peptidoglucanos o mureína: componentes de la pared celular de las bacterias.
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