Los glúcidos

1. Los glúcidos Eduardo Gómez

2. CONCEPTO DE GLÚCIDO • Los glúcidos son biomoléculas formadas por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en una proporción: • CnH2nOn • También se les llama hidratos de carbono o carbohidratos. El nombre glúcido deriva de la palabra «glucosa». En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. • Este grupo carbonilo puede ser: • Un grupo aldehído (—CHO) • Un grupo cetónico (—CO—) O O R R C C H R Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas Eduardo Gómez

3. Los glúcidos pueden sufrir procesos de aminación, incorporación de grupos amino (-NH2), y de esterificación con ácidos, como, por ejemplo, el ácido sulfúrico (H2SO4) o el ácido fosfórico (H3PO4). En función de estos sustituyentes, pueden contener átomos de nitrógeno (N), azufre (S) y fósforo (P), pero sin que éstos sean esenciales en su constitución. Eduardo Gómez

4. Estructura química de los monosacáridos Eduardo Gómez

5. CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS • Se clasifican en dos grandes grupos: OSAS y ÓSIDOS. • Las osas son los monómeros, los monosacáridos y están constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. • Los ósidos son glúcidos más complejos derivados de las osas, por unión de varios monosacáridos. Eduardo Gómez

6. Dentro de los OSIDOS, podemos distinguir • Holósidos: Sólo están formados por la unión de osas. • Oligosacáridos. Son los glúcidos formados por la unión de dos a diez monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos (unión de dos monosacáridos) • Polisacáridos. Son los glúcidos formados por la unión de más de diez monosacáridos. A su vez, pueden ser: • Homopolisacáridos: Cuando tienen un único tipo de monosacáridos. • Heteropolisacáridos: Cuando tienen mas de un tipo de monosacáridos. • Heterósidos: Formados por dos tipos de componentes: Glúcidos y otros de distinta composición (proteínas, lípidos...) Eduardo Gómez

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8. MONOSACÁRIDOS • Glúcidosmássencillos. • Constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. • A partir de 7 carbonos son inestables. • Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos Por ejemplo, triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, etc. • La formula general es : Cn(H2O)n • Blancos, dulces, solubles en agua, cristalizables y no hidrolizables. • El grupocarbonilo les confierepropiedadesreductoras. • Funciónenergética y en algunoscasosestructural. Eduardo Gómez

9. Propiedades físicas: • Son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. • Su solubilidad en agua se debe a que tanto los radicales hidroxilo (-OH) como los radicales hidrógeno (-H) presentan una elevada polaridad eléctrica y establecen por ello fuerzas de atracción eléctrica con las moléculas de agua, que también son polares, dispersándose así las moléculas del glúcido. Eduardo Gómez

10. Propiedades químicas: Los glúcidos son capaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otras sustancias que al aceptarlos se reducen (reacción de Fehling). Se dice que los glúcidos tienen carácter reductor. Otra propiedad química de los glúcidos es su capacidad para asociarse con grupos amino. Eduardo Gómez

12. PRUEBA DE FEHLING • Consiste en calentar una disolución compuesta por el glúcido que se investiga y sulfato de cobre (II). Si el glúcido es reductor (mono y disacáridos excepto la sacarosa), se oxidará, reduciendo al sulfato de cobre (II), de color azul, a óxido de cobre (I), de color rojo anaranjado. Si no es reductor, la reacción no se producirá y el color no cambiará.

14. CONCEPTO DE ISOMERÍA • Dos o más moléculas orgánicas comparten la misma fórmula química molecular (el número de átomos de cada clase sea el mismo), pero que no compartan la fórmula estructural, (sus átomos se encuentren unidos de forma diferente). • Isómeros de función • Isómeros espacial o estereoisómeros. • Isómeros ópticos • Isómeros geométricos Dimetilamina: CH3 – NH – CH3 (C3H7N) Etilamina: CH3 – CH2– NH2 (C3H7N) Eduardo Gómez

15. ISOMERÍA DE FUNCIÓN Compuestos con la misma fórmula química molecular pero distintos grupos funcionales. Las aldosas son isómeros de las cetosas. A estos compuestos se les llama isómeros funcionales o estructurales y químicamente son compuestos de propiedades distintas. Eduardo Gómez

16. ISOMERÍA ESPACIAL Si dos compuestos comparten la misma formula estructural, pero la diferencia entre ellos se debe a la posición relativa de los átomos en el espacio, se dice que los dos compuestos presentan isomería espacial o estereoisomería. Se produce cuando el monosacárido (u otro compuesto) posee algún carbono asimétrico. Llamamos carbono asimétrico al que tiene cuatro grupos distintos unidos. Eduardo Gómez

17. Isomería espacial Enantiómeros Diasteroisómeros No son imagen especular. Pueden diferir en la configuración de más de un carbono asimétrico. Imagen especular (no superponible) Un tipo especial de diasteroisómeros Epímeros Son diasteroisómeros que difieren en un sólo carbono asimétrico Eduardo Gómez

18. Isomería espacial Enantiómeros Diasteroisómeros Epímeros No son imagen especular. Pueden diferir en la configuración de más de un carbono asimétrico. Imagen especular Son diasteroisómeros que difieren en un sólo carbono asimétrico Eduardo Gómez

19. Cuando tenemos dos compuestos y uno es la molécula original y el otro su imagen no superponible en el espejo, se habla de enantiómeros. En los compuestos biológicos se dan casos frecuentes de isomería óptica y geométrica y los enzimas distinguen claramente ambos compuestos. Las dos manos son simétricas pero no superponibles, por eso los guantes son diferentes. Las manos serían las moléculas enantiómeras y los guantes los enzimas específicos para cada una de ellas. Eduardo Gómez

20. Enantiómeros de una tetrosa Los isómeros especulares, llamados también enantiómeros, o isómeros quirales, son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los carbonos asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera. Eduardo Gómez

21. Cuantos más carbonos asimétricos tenga la molécula, más tipos de isomería se presentan. El número de isómeros será 2n (siendo n el número de carbonos asimétricos que tenga la molécula) H O C Ejemplo: Pentosa Carbonos asimétricos: 3 Número de isomeros posibles: 23 = 8 OH C H C H OH OH C H OH C H H Eduardo Gómez

22. El carbono asimétrico más alejado del grupo funcional sirve como referencia para nombrar la isomería de una molécula. • Cuando el grupo OH de este carbono se encuentra a su derecha en la proyección lineal se dice que esa molécula es D. • Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra a su izquierda en la proyección lineal se dice que esa molécula es L. Se consideran epímeros a  las moléculas isómeras que se diferencian en la posición de un único -OH en un carbono asimétrico. Eduardo Gómez

23. EPIMEROS DE UNA PENTOSA • Cuando el grupo OH del carbono asimétrico más alejado del carbono carbonílico se encuentra representado a su derecha en la proyección lineal se dice que esa molécula es D. En la naturaleza, todos los monosacáridos están en la forma D H H O O C C OH OH H H H H C C OH OH C C OH OH H C C H • Cuando el grupo OH del carbono asimétrico más alejado del carbono carbonílico se encuentra representado izquierda en la proyección lineal se dice que esa molécula es L. OH OH C C H H H H Eduardo Gómez

24. ISOMERÍA ÓPTICA Cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre una disolución de monosacáridos que poseen carbonos asimétricos el plano de luz se desvía. Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es dextrógiro y se representa con el signo (+). Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se representa con el signo ( - ). Eduardo Gómez

25. 1. Triosas • Son glúcidos formados por tres átomos de carbono. • Hay dos triosas: • Una aldotriosa (gliceraldehído) que tiene un grupo aldehído y otra • Una cetotriosa (dihidroxiacetona) que tiene un grupo cetónico. • La fórmula empírica de ambas es C3H6O3. • Son abundantes en el interior de la célula, ya que son metabolitos intermedios de la degradación de la glucosa. • El gliceraldehído tiene un átomo de carbono asimétrico, y se pueden distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el D-gliceraldehído, cuando el -OH está a la derecha, y el L-gliceraldehído, cuando el -OH está a la izquierda. Eduardo Gómez

26. El gliceraldehído tiene un átomo de carbono asimétrico, y se pueden distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el D-gliceraldehído, cuando el -OH está a la derecha, y el L-gliceraldehído, cuando el -OH está a la izquierda. La dihidroxiacetona no tiene ningún carbono asimétrico y por lo tanto, no presenta actividad óptica. Eduardo Gómez

27. 2. Tetrosas Son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas, la treosa y la eritrosa y una cetotetrosa, la eritrulosa. De forma ocasional, aparecen en alguna vía metabólica. Eduardo Gómez

28. PENTOSAS • Son glúcidos con cinco átomos de carbono. En las aldopentosas, como hay tres carbonos asimétricos (C2, C3, y C4), aparecen ocho posibles estructuras moleculares (23 = 8). • En la naturaleza sólo se encuentran cuatro: la D-ribosa, en el ácido ribonucleico, la D-2-desoxirribosa, en el ácido desoxirribonucleico, la D-xilosa, que forma el polisacárido xilana de la madera, y la L-arabinosa, formando el polisacárido arabana que es uno de los componentes de la goma arábiga. • Entre las cetopentosas cabe citar la D-ribulosa. que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a que se une a la molécula de dióxido de carbono (CO2), que queda así incorporada al ciclo de la materia viva. • Las aldopentosas al disolverse en agua forman moléculas cíclicas debido a la reacción del grupo carbonilo del carbono 1 con el hidroxilo del carbono 4 formándose un hemiacetal (reacción entre alcohol y aldehido) Eduardo Gómez

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30. HEXOSAS Son glúcidos con seis átomos de carbono. Las aldohexosas tienen cuatro carbonos asimétricos y, por tanto, hay dieciséis posibles estructuras moleculares diferentes (24 = 16) Entre ellas tienen interés en biología la D-(+)-glucosa, la D-(+)-manosa y la D-(+)-galactosa. Entre las cetohexosas cabe citar la D-(-)-fructosa. En disolución, la estructura lineal generalmente se cierra sobre si misma formando un hexágono, parecido al de una molécula llamada pirano, o un pentágono, semejante al de una molécula llamada furano. Eduardo Gómez

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32. • Glucosa. Es el glúcido más abundante; es el llamado azúcar de uva. En la sangre se halla en concentraciones de un gramo por litro. En la naturaleza se encuentra la D-(+)-glucosa, también llamada por ello dextrosa (glúcido dextrógiro). La glucosa, al disolverse en agua, forma un ciclo hexagonal que se denomina glucopiranosa. Se ha formado un hemiacetal (unión de un aldehído con un alcohol) intramolecular. El carbono 1 es ahora asimétrico y se denomina carbono anomérico. Según la posición de su grupo —OH a un lado (abajo) u otro (arriba) del plano, se distinguen dos nuevas estructuras denominadas anómeros: el anómero α y el anómero β respectivamente Eduardo Gómez

33. Como sólo son posibles los anillos de cinco o más átomos de carbono, las triosas y las tetrosas siempre tienen estructuras abiertas. El resto de monosacáridos, cuando se disuelven, presentan un equilibrio entre la forma cíclica y la forma abierta. En el caso de la glucosa, la estructura lineal nunca llega al 5 % del total. Eduardo Gómez

34. En realidad, las estructuras cíclicas de la glucosa no son planas, como indican los modelos estudiados, sino que pueden adoptar dos conformaciones en el espacio: la conformación de nave y la conformación de silla. Ello se debe a que los enlaces se orientan en el espacio y no en un plano. Eduardo Gómez

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36. Galactosa. Se puede hallar en la orina de los animales, en forma de β -D-galactosa. Junto con la D-glucosa forma el disacárido lactosa, glúcido propio de la leche. Se la encuentra también como elemento constitutivo de muchos polisacáridos (gomas, pectina y mucílagos). Eduardo Gómez

37. Fructosa. Es una cetohexosa. Se halla en forma de β -D-fructofuranosa. Es fuertemente levógira, por lo que también se la llama levulosa. Se encuentra libre en la fruta y, asociada con la glucosa, forma la sacarosa. En el hígado se transforma en glucosa, por lo que tiene el mismo poder alimenticio que ésta. El anómero es α cuando el -OH del C2 está en posición trans respecto al –CH2OH del C5. Eduardo Gómez

38. Hay dos tipos de enlace entre un monosacárido y otrás moléculas: el enlace N-glucosídico que se forma entre un -OH y un compuesto animado, y el enlace O-glucosídico, que se realiza entre dos -OH de dos monosacáridos. Mediante el enlace N-glucosídico se forman aminoazúcares. El enlace O-glucosídico es α-glucosídico si el primer monosacárido es α y β-glucosídico si el primer monosacárido es β. Por ejemplo, entre el C1 de una α-D-glucopiranosa y el C4 de otra D-glucopiranosa (α o β) se establece un enlace tipo α (1 4) Eduardo Gómez

39. Derivados de los monosacáridos • Las principales sustancias derivadas de los monosacáridos con interés biológico son losaminoglúcidos. Éstos provienen de la sustitución de un grupo alcohólico por un grupo amino. • Los más importantes son: • D-glucosamina. • N-acetil-glucosamina,forma la quitina del exoesqueleto de los artrópodos e interviene en la constitución de la pared bacteriana. • Acido N-acetíl-murámico,presente en la pared bacteriana. • Acidossiálicos presentes en las glucoproteínas y los glucolípidos de la membrana citoplasmática. Eduardo Gómez

40. Otras sustancias derivadas de los monosacáridos son: Políalcoholes, como el sorbitol. que se obtiene por hidrogenación catalítica, a presión, de la glucosa, y losglucoácidos, como la vitamina C. Desoxiazúcares, como la desoxirribosa, en la que se ha cambiado un grupo –OH por un radical –H y que forma parte de ADN. De este mismo grupo es la fucosa que forma parte de la pared de las bacterias. Ésteres fosfóricos. Unión de un grupo fosfato a un azúcar por un enlace éster. Suelen ser intermediarios importantes del metabolismo de los glúcidos, como la Glucosa-6-Fosfato Eduardo Gómez

41. DISACARIDOS Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos, que se realiza de dos formas: Mediante enlace monocarbonílico entre el carbono anomérico del primer monosacárido y un carbono cualquiera no anomérico del segundo. Sigue teniendo la capacidad reductora. Mediante enlace dicarbonílico, entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, con lo que se pierde la capacidad reductora, por ejemplo, la sacarosa. Eduardo Gómez

42. El enlace será α o β en función de la posición del –OH del carbono anomérico el primer monosacárido. Eduardo Gómez

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44. PRINCIPALES DISACÁRIDOS CON INTERÉS BIOLÓGICO Maltosa. Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas mediante enlace α (l4). La maltosa se encuentra libre en el grano germinado de la cebada. La cebada germinada artificialmente se utiliza para fabricar cerveza, y tostada se emplea como sustitutivo del café, es la llamada malta. En la industria se obtiene a partir de la hidrólisis del almidón y del glucógeno. La maltosa se hidroliza fácilmente y tiene carácter reductor Eduardo Gómez

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46. Celobiosa. Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas mediante enlace β (l4). No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa con un enzima denominado celulasa. Eduardo Gómez

47. Lactosa. Disacárido formado por una molécula de β-D-galactopiranosa y otra de β-D-glucopiranosa unidas por medio de un enlace β (l4). Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Dado que resulta muy difícil de fermentar, es estable incluso dentro de organismos de sangre caliente. No forma polímeros. Eduardo Gómez

48. Sacarosa. Disacárido formado por una molécula de α-D-glucopiranosa y otra de β-D-fructofuranosa unidas por medio de un enlace α (12). Se encuentra en la caña de azúcar (20 % en peso) y en la remolacha azucarera (15 % en peso). El enlace se realiza entre el —OH del carbono anomérico del primer monosacárido y el -OH del carbono anomérico del segundo monosacárido. Debido a ello no tiene poder reductor. La sacarosa es dextrógira (+66,5°), pero, si se hidroliza, la mezcla de D-glucosa y de D-fructosa que queda es levógira. Es lo que pasa en la miel debido a las enzimas (sacarasas) existentes en la saliva de las abejas. Eduardo Gómez

49. Isomaltosa. Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa mediante enlace α (16). No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la amilopectina (un componente del almidón) y del glucógeno. Proviene de los puntos de ramificación α (16) de estos polisacáridos. Eduardo Gómez

50. OLIGOSACÁRIDOS SUPERIORES • Son moléculas formadas por la unión de varios monosacáridos (menor número de 11 o de 15 según los autores) y que tienen importantes funciones en la célula. • Por ejemplo, son las moléculas responsables del reconocimiento de los espermatozoides por ovocitos de su misma especie, o los de las hormonas hacia las células diana o las células de un individuo a las de otro individuo de la misma especie. • Están presentes en las envolturas celulares y unidos a otros tipos de macromoléculas como lípidos y proteínas. Eduardo Gómez