Los glúcidos

Concepto de glúcido y clasificación

Según el número de unidades moleculares, los glúcidos....
....se dividen en:
- Monosacáridos, son los más simples. Sólo tienen un grupo aldehído o cetona en su molécula. Suelen tener de 3 a 7 átomos de carbono.
-Disacáridos, formados por la unión de dos monosacáridos.
-Oligosacáridos, formados por la unión de unos pocos monosacáridos, generalmente entre 3 y 15.
-Polisacáridos, formados por la unión de muchísimos monosacáridos.
Su principal función en los organismos es energética y estructural  (Pared celular en plantas)

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas que pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Están formados básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Su fórmula empírica es C_m (H₂O) _n. También eran denominados azúcares, aunque algunos no son dulces, con lo cual dejó de usarse ese término. Actualmente son considerados glúcidos.

Monosacáridos

Son los glúcidos más sencillos. No se pueden descomponer en unidades más sencillas. Químicamente están constituidas por una cadena de polialcoholes con un grupo aldehído o cetona. Son dulces, solubles en agua, y forman cristales blancos que por el calor pueden caramelizarse. Pueden reducir el Cu²⁺ a Cu⁺ (Prueba de Fehling) debido a que su grupo carbonilo se encuentra ``libre´´.

Estructura de los Monosacáridos

Están formados por cadenas de 3 a 7 átomos de carbono. Se nombran añadiendo el sufijo -osa al prefijo que indica el número de carbonos de la molécula (di,tri....).
Los más importantes son las triosas, pentosas y hexosas.
Los monosacáridos se pueden nombrar dependiendo del carbono en que se encuentra el grupo aldehído o cetona.

• Si el grupo aldehído se encuentra en el C₁ se denominan aldosas.
•  Si el grupo cetona se encuentra en el C₂ se denominan cetosas.

Se puede concretar más anteponiendo al nombre el prefijo que hace referencia al grupo funcional distintivo. Ej.: Aldotetrosa / Cetotetrosa.

Función óptica

Los compuestos tienen carbonos asimétricos, lo que determina un tipo de estereoisomería.                    La estereoisomería es la propiedad de ciertos compuestos químicos, que aunque tienen la misma fórmula química, sus átomos se disponen de forma diferente del espacio.

Se dice que dos estereoisómeros son enantiómeros si la imagen especular de uno no se puede superponer con la del otro, dicho en otras palabras: Un enantiómero es una imagen especular no superponible de sí misma.

Aquí observamos el estereoisómero del butanol. Se ve claramente que es como si lo pusieras frente a un espejo,  fijándonos en la disposición del OH y la H (cambian de estar en la derecha a la izquierda)

Si un rayo de luz polarizada pasa a través de un enantiómero, el plano de polarización gira. Los compuestos que desvían el plano de polarización a la derecha se denominan dextrógiros (+), mientras que los que lo desvían a la izquierda se denominan levógiros (-).

Los estereoisómeros de un monosacárido son de la serie D si el -OH del carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído/cetona queda a la derecha, y es de la serie L, si queda a la izquierda. El numero de de estereoisómeros será 2n siempre y cuando n se al número de carbonos asimétricos.

En la naturaleza los enantiómeros más frecuentes son los de la serie D. Todos los glúcidos que intervienen en el metabolismo en el ser humano y en la mayoría de los seres vivos se incluyen en esta serie.

Compuestos importantes

                              Aldosas                                                 Cetosas

Triosas                  D-gliceraldehído                    
Pentosas      D-ribosa /  Desoxiribosa                              D-ribulosa
Hexosas           D-glucosa / D-galactosa                          D-fructosa

• Gráficamente:

D-gliceraldehído (Aldotriosa)                      ___________________________________________________________

___________________________________________________

__________________________________________________

D-Ribulosa

___________________________________________________

D-Fructosa ____________________________________________________________

Formas Cíclicas

Un Hemiacetal es una molécula que contiene un grupo -OH y un residuo -OX (donde X es un radical cualquiera)  unidos a un mismo átomo de carbono. Se forma por reacción de un aldehído con un alcohol.

Un Hemicetal es un grupo químico que resulta de la reacción entre una Cetona y un Alcohol (X-OH).

Ya que las cadenas de monosacáridos no son rígidas (Los enlaces de carbono forman ángulos próximos a 110º) el penúltimo grupo OH puede verse en situación de enfrentamiento con el grupo aldehído o cetona. Cuando se da ésta circunstancia, se origina de forma cíclica un hemiacetal o hemicetal.

Cuando se originan formas pentagonales se denominan furanósicos, mientras que si la forma originada es un hexágono se denominan piranósicos. De aquí viene la denominación de fructofuranosa y glucopiranosa.

               Pirano                                                                          Furano

                                                                                           

Cuando se forma una nueva forma cíclica aparecen nuevos carbonos asimétricos, a aquel en el que estaba el grupo aldehído o cetona recibe el nombre de carbono anomérico. Debido a esto aparecen nuevas estereoisomerías, que reciben el nombre de anómeros o formas anoméricas. Se nombran anteponiendo, al nombre del disacárido, las letras griegas  o, según el -OH del carbono anomérico quede arriba o abajo. En disolución acuosa  las formas alfa o beta están interconvirtiéndose continuamente. Estos cambios de anómero a anómero suponen un cambio en los valores de rotación del plano de luz polarizada, proceso denominado mutarrotación. Las formas cíclicas de los glúcidos son las más frecuentes en la naturaleza.

Disacáridos

Los disacáridos están constituidos por la union de dos monosacáridos unidos mediante un enlace O-glicosídico, con pérdida de una molécula de agua.

Los disacáridos conservan las mismas propiedades físicas que los monosacáridos.

Pueden hidrolizarse, es decir, romper su molécula por la adición de una molécula de agua, dando lugar a los monosácaridos por los que estaba formado el disacárido. La hidrólisis puede llevarse a cabo en medios ácidos o con intervencion de encimas específicas.

Los disacáridos son reductores, siempre que el carbono anomérico no intervenga en el enlace glicosidico.

A pesar de que la mayoría de disacáridos tienen nombres propios, su nomenclatura es la siguiente:

- Se pone el sufijo -il detras del nombre del primer monosacárido.

- Se indica, entre paréntesis, el número de los carbonos en los que se encuentra el enlace.

- Se nombra el segundo monosacárido terminado en -ósido, si el enlace interviene en el carbono anomérico de cada monosacárido.

- Se nombra el segundo monosacárido terminado en -osa, si en elnace solo interviene en un carbono anomérico y el otro queda libre.

( .................-il             (Q,Z)       .................-ósido / -osa   )

*Donde:  “.....” son los nombres de los monosacáridos, “Q” y “Z” números correspondientes al carbono que forma el enlace.

Principales disacáridos

• Sacarosa

Es el azúcar corriente de mesa. Se encuentra también en muchas frutas y en el néctar de algunas flores. Esta formada por la unión de -D-glucosa y -D-fructosa, por medio de un enlace O-glicosídico entre los carbonos 1 de la primera y 2 de la segunda, por lo que no es reductora ( no lo es porque, para que lo sea, tiene que tener algún carbono anómero que no intervienenga en el enlace O-glicosídico, y no es el caso ). Se emplea para endulcorar.

Es dextrógira, pero al hidrolizarse pasa a ser levógira, ya que el carácter levógiro de la fructosa prevalece sobre el carácter dextrógiro de la glucosa. Cuando ocurre este fenómeno se le llama “azúcar invertido”

• Maltosa

Es el azúcar de malta. Se obtiene a partir de la descomposición de los polisacáridos almidón y glucógeno por hidrólisis. Formada por la unión de una molécula de α-D-Glucosa (1,4) con otra molécula de D-Glucosa. Posee carácter reductor debido a que el carbono 1 de la segunda G-Glucosa queda libre. Ésta segunda molécula experimenta mutarrotación, por lo que se puede presentar tanto en forma α como β (ésta última la mas abundante).

• Lactosa

Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Su estructura está formada por β-D-Galactosa y D-glucosa, que conserva libre su carbono anomérico, por lo que también presenta poder reductor.

• Isomaltosa

No existe libre en la naturaleza. Aparece cuando se descompone por hidrólisis los polisacáridos almidón y glucógeno. Esta formada por dos moléculas α-Glucosa en enlace O-glicosídico(1,6).
Celobiosa

• Celobiosa

Tampoco existe libre en la naturaleza. Aparece en la descomposición del polisacárido celulosa. Está formado por dos moléculas β-D-Glucosa unidas por enlace O-glicosídico (1,4)

Oligosacáridos

Unión de varios monosacáridos unidos mediante enlaces O-Glicosidicos de unos 3-15 monosacáridos.
Su estructura puede variar mucho, desde el número de monosacáridos, a las ramificaciones de éstos, el tipo de monosacárido que se unen y la forma de enlazarse para formar una cadena. Al estudiar los disacáridos podemos ver que se pueden que se pueden formar un total de 64 disacaridos distintos y si se construye despues trisacáridos en combinacion de hexosas se obtendrían un total de 1000 estructuras diferentes. Si se unen mas monosacáridos, el número de estructuras crecería enormemente.
Esta diversidad dota a los oligosacáridos de su propiedad mas importante que es la capacidad de informacion. De hecho es la principal función que cumplen estos compuestos en el lugar donde principalmente se encuentra en la naturaleza: en la superficie exterior de las membrana celular. De tal forma actúa como una especie de Dni que hace que el organismo reconozca las distintas células.

Polisacaridos

Están constituidos por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-Glicosidicos. Pierden una molécula de agua por cada enlace formado. El número de carbonos que lo forman oscilan entre unos cientos y varios miles. No se cristalizan, no son dulces, no son solubles en agua. ( Algunos como el almidón forman soluciones coloidales) No poseen carácter reductor. Desempeñan funciones de reserva energética o bien funciones estructurales.

Distinguimos dos grandes tipos de polisacáridos.

- Homopolisacáridos, formados por un solo tipo de monosacárido.

- Heteropolisacáridos, Formado por mas de un tipo de monosacárido.

Principales polisacáridos

• Almidón

Principal reserva alimenticia de las plantas. Formado por la mezla de amilosa y amilopectina.
La amilosa es un polímero de α-D-Glucosa cuyas moléculas están unidas mediante enlace O-glicosídico (1,4). La cadena que forma adopta una forma arrollada helicoidalmente, que se empaqueta irregularmente. Debido a que el enlace Alfa 1,4 glucosa hace que el monosacárido unido este girado a un lado y inclinado respecto al plano horizontal.

La amilopectina se diferencia de la amilosa en que cada 20-30 enlaces forma ramificaciones (1,6). Tiene mayor masa molecular que la amilosa. Aquí aparecen alfa D Glucosas donde en cada 20 o 30 monosacáridos aparecen una Isomaltosa.

En la digestion interviene la α-amilasa (rompe (1,4)) y la α-dextrinasa (rompe (1,6)). Durante la digestion aparecen diversas moleculas de dextrina(oligosacaridos con ramificaciones), maltosa, isomaltosa y glucosa, quedando la final solo la glucosa.

• Glucógeno

Conocido también como “almidón animal” ya que es reserva alimenticia en animales. Se almacena en celulas musculares y hepáticas.Su estructura es similar a la alfa amilopectina pero la isomaltosa aparece cada 8-10 monosácaridos, el proceso de digestion es similar al del almidón
Después de la comida la glucosa se polimeriza en glucosa.
Las reservas de glucógeno muscular y hepático desempeñan funciones distintas.
El muscular es el combustible de reserva de las fibras musculares y su función es aportar energía para el proceso de la contracción muscular
El hepático  es la de suministrar glucosa para la utilización en otros tejidos a través del mantenimiento de la concentración de glucosa en sangre. La reserva de glucógeno hepático se agota en menos de 24h. Por eso el glucógeno constituye una forma de almacenamiento de energía a corto plazo. La reserva energética a largo plazo en los animales son los lípidos

• Celulosa

Es la biomolécula más abundante de las plantas y constituyente de la pared celular vegetal.Esta formada por 15.000 moléculas de D-glucosa unidas por enlace O-glucosídco Beta(1,4) en cadena lineales no ramificadas.
El enlace Beta(1,4) confiere una gran resistencia, esto le confiere a la pared celular (formado principalmente por celulosa) la capacidad de aguantar 20 atm de presión osmótica, y en las plantas la celulosa es el principal componente de las estructuras de sostén.

La pared celular se forma apartir de láminas paralelas formadas por fibras de celulosas con cadenas de 60 o 70 monosacáridos. El polímero D-glucosa colocadas paralelamente , dispuesta en modo extendido y unidos por los enlaces de H. Estas estructuras cohesionada por los enlaces de H contribuye a la resistencia a la rotura de las fibras de celulosa y, además, les hace insolubles en agua apesar de ser hidrófila.

La mayoría de los animales son incapaces de romper los enlaces Beta(1,4) al carecer de enzimas dispuesta ha romper los enlaces, pero en cambio los herbívoros tienes la celulasa (sustancia hidrolizante de la celulosa) este proceso es lento.

La celulosa es funcionalmente estructural y componente principal de la pared celular

• Quitina

Polisacárido presente en exoesqueleto de los artrópodos y en la pared celular de los hongos. Tiene una estructura similar a la celulosa, pero la diferencia es que esta formado por un monosacárido derivado de la glucosa: La N-acetil-D-glucomina cuyos enlaces se unen por enlaces O-glucosídicos beta(1,4)

• Pectina

Contribuyen a la pared celular de las plantas terrestres. Su capacidad extraordinaria gelificante hace la pectina un componente fundamental para la creación de mermelada. Es un polimero derivado de la Galactosa.

Heteropolisacaridos

• Hemicelulosa: Parte de la Pared celular. Es un polímero de xilosa,arabinosa y otros monosacáridos
• Agar-agar: Parte de las algas rojas
• Gomas vegetales: Son exudados por lo vegetales viscosos que segregan determinadas especies de plantas para cubrir y cerrar heridas
• Mucopolisacárido: Constituye la sustancia básica intercular del tejido conjuntivo de los animales confiriendose viscosidad y elesticidad. Ejemplos: Ácido hialurónico, Condroitina, Heparina.

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