Tema 02 - Los glúcidos

Tema 2 Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glúcidos 1.- Introducción 2.- Los glúcidos 2.1.- Definición 2.2.- Clasificación 3.- Osas o monosacáridos 3.1.- Propiedades de los monosacáridos 3.2.- Fórmulas lineales 3.3.- Fórmulas cíclicas 3.4.- Monosacáridos principales 3.5.- Derivados de los monosacáridos 4.- Ósidos 4.1.- El enlace O-glucosídico 4.2.- Oligosacáridos 4.3.- Polisacáridos 4.4.- Heterósidos 5.- Principales funciones de los glúcidos

Tema 2.- Los glúcidos 1.- Introducción Una de las biomoléculas orgánicas más importantes son los glúcidos, azúcares o hidratos de carbono, las células los utilizarán para multitud de funciones como obtener energía de ellos, formar estructuras de protección y defensivas o en el reconocimiento celular.

Entre los glúcidos se incluyen una gran cantidad de moléculas que se unirán entre sí y con otras de naturaleza distinta, gracias a este hecho se pueden obtener macromoléculas con características tan diversas y por eso se utilizan tanto por los seres vivos.

Para estudiarlos con claridad se empezarán a ver las unidades básicas de los glúcidos, los monosacáridos, los cuales se pueden unir entre sí para formar estructuras mucho más complejas. Si los polímeros no llegan a 10 unidades se llamarán oligosacáridos y si el número es mayor polisacáridos. Por último, aquellos glúcidos que se unen con otras moléculas como las proteínas o los lípidos se llamarán heterósidos.

Tema 2.- Los glúcidos 2.- Los glúcidos 2.1.- Definición: Biomoléculas formadas por C, H y O (en determinados casos también por P, N y S pero no son esenciales en su constitución) en la proporción siguiente: CnH2nOn = Cn(H2O)n El H y el O están en la proporción necesaria para dar agua, de aquí los otros nombres que reciben los glúcidos como carbohidratos, hidratos de carbono o azúcares.

Químicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, serán polialcoholes en los que un grupo hidroxilo (-OH) se sustituye, mediante una deshidrogenación, por un grupo carbonilo que será un aldehído o una cetona dependiendo del lugar que ocupe.

Grupo aldehído

Grupo cetona

Tema 2.- Los glúcidos  Recordatorio de los grupos funcionales más importantes en Biología:

Tema 2.- Los glúcidos 2.2.- Clasificación: Se clasifican en dos grandes grupos:

–

Osas o monosacáridos: Están formados por una cadena simple que puede tener de 3 a 7 átomos de carbono.

–

Ósidos: Formados por la unión de varios monosacáridos. Hay dos tipos: ●

Holósidos: Están compuestos exclusivamente por monosacáridos: Oligosacáridos: Poseen de 2 a 10 osas (los más importantes son los formados por dos osas, los disacáridos).

– Polisacáridos: Poseen más de 10 osas. ● Homopolisacáridos: Las osas son las mismas. ● Heteropolisacáridos: Posee diferentes osas.

Heterósidos: En su estructura hay glúcidos y compuestos no glucídicos como: - Lípidos: Glucolípidos.

–

●

- Proteínas: Glucoproteínas ...

Tema 2.- Los glúcidos Clasificación de los glúcidos Osas: Serán Aldosas o Cetosas según el grupo funcional y según su número de carbonos serán Triosas, Tetrosas, Pentosas, Hexosas y Heptosas.

Oligosacáridos: Serán Disacáridos, Trisacáridos, ...

Glúcidos

Holósidos

Homopolisacáridos Polisacáridos Heteropolisacáridos

Ósidos Heterósidos: Glúcidos más una porción no glucídica como los lípidos o las proteínas

Tema 2.- Los glúcidos 3.- Osas o monosacáridos.

Como ya hemos mencionado anteriormente, son una cadena de 3 a 7 carbonos con grupos alcohol en todos ellos excepto en uno que tendrá un grupo aldehído o cetona.

Atendiendo a estas dos características se nombran de la siguiente manera:

Grupo funcional: Aldehído en el C1 .

Se nombran con el prefijo Aldo- (aldosas)

3C Triosa

Aldotriosa

4C Tetrosa

Aldotetrosa

5C Pentosa

Aldopentosa

6C Hexosa

Aldohexosa

7C Aldoheptosa Heptosa

Grupo funcional: Cetona en algún carbono interior.

Se nombran con el prefijo Ceto- (cetosas)

3C Triosa

Cetotriosa

4C Tetrosa

Cetotetrosa

5C Pentosa

Cetopentosa

6C Hexosa

Cetohexosa

7C Heptosa

Cetoheptosa

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glúcidos 3.1.- Propiedades de los monosacáridos: Estas cadenas carbonatadas con grupos hidroxilos y un grupo cetona o aldehído tienen toda una serie de características físicoquímicas muy importantes: P. físicas

P. químicas

Son sólidos y cristalinos

No pueden hidrolizarse

De color blanco o incoloros

Pueden unirse con otros monosacáridos

Tienen sabor dulce

Pueden perder electrones (oxidarse) y por lo tanto tienen carácter reductor

Solubles en agua

Pueden incorporar grupos amino, fosfato y sulfato

Poseen propiedades ópticas

Poseen isomería

Algunas de estas características las veremos con mayor detalle puesto que nos ayudarán a su clasificación y nos permitirán identificarlos:

Tema 2.- Los glúcidos  Solubles en agua: Los grupos hidroxilo son polares al igual que las moléculas de agua, esto permite la formación de enlaces polares entre ellos y así se disuelven fácilmente.  Poder reductor: Los glúcidos son capaces de perder electrones y por lo tanto oxidarse, las moléculas que aceptan estos electrones serán reducidas. Por esto se dice que tienen poder reductor.

Una forma de determinar si es un monosacárido o no es mediante la reacción de Fehling, esta reacción consiste en añadir a la disolución con glúcidos sulfato de cobre (II), el sulfato de cobre es azul. Si el glúcido tiene poder reductor se oxidará para reducir al cobre, transformándolo en óxido de cobre (I) cuya coloración es anaranjada:

Tema 2.- Los glúcidos  Isomería: Se da cuando dos moléculas poseen la misma fórmula molecular (tienen los mismos átomos) pero sus átomos se distribuyen de forma diferente en el espacio (la unión de los átomos es diferente) por lo que serán químicamente distintos.

La fórmula molecular de la glucosa es C6H12O6 pero todos estos átomos pueden estar distribuidos de forma diferente, la glucosa será una de estas combinaciones y el resto serán moléculas químicamente distintas:

Según la diferente distribución de estos átomos tendremos diferentes tipos de isomería: –

Isomería de función.

–

Isomería espacial o estereoisomería.

–

Tema 2.- Los glúcidos Isomería de función: La diferente distribución de los átomos crea grupos funcionales diferentes por lo que las moléculas tendrán propiedades distintas, estas moléculas se llaman isómeros funcionales o estructurales.

Las aldosas y las cetosas son isómeros entre sí.

C3H6O3

–

Isomería espacial o estereoisomería: En este caso las moléculas tienen los mismos átomos y los mismos grupos funcionales, lo que los diferencia es la distribución de estos átomos en el espacio. Hay dos tipos: ●

●

Enantiómeros: Estereoisómeros que son imagen especular una de la otra.

Diastereoisómeros: No son una imagen especular, su diferencia es la posición del OH en los carbonos asimétricos. Un tipo de diasteroisómeros son los epímeros que varían en un solo carbono asimétrico.

Tema 2.- Los glúcidos  Enantiómeros: Cuando se dice que son la imagen especular quiere decir que las estructuras no son superponibles. La imagen especular es la que surge al poner un objeto en un espejo o lo que ocurre con las manos, ambas son simétricas pero no son superponibles.

Este hecho es muy importante ya que las enzimas son capaces de distinguir enantiómeros y por lo tanto actúan sobre uno en concreto.

Tema 2.- Los glúcidos  Diastereoisómeros: Para poder entenderlos hay que saber lo que es un carbono asimétrico o quiral (C*) que es aquel que posee un grupo diferente en cada uno de los cuatro enlaces que forma.

Tema 2.- Los glúcidos Dos moléculas serán diastereoisómeras si poseen la misma fórmula molecular pero difieren en la disposición de más de un carbono asimétrico. Los epímeros serán las moléculas que difieren en un solo carbono asimétrico.

Diastereoisómeros

Epímeros del C3

Tema 2.- Los glúcidos El número de carbonos asimétricos determinará la cantidad de estereoisómeros que tiene una molécula, de hecho la cantidad de formas posibles que puede tener un monosacárido se calcula:

2n

donde n = número de carbonos asimétricos

 ¿Cuántos carbonos asimétricos posee esta molécula (C 6H12O6)?  ¿Cuántos estereoisómeros posee?  ¿Cuántos enantiómeros deberían existir?

Tema 2.- Los glúcidos

 4 Carbonos asimétricos  24 = 16 formas posibles  8 enantiómeros

Tema 2.- Los glúcidos Para nombrar a los monosacáridos según la isomería se toma como referencia el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional y se mira la posición en la que está su grupo hidroxilo (OH), en función de su posición tendremos: –

Formas D: El grupo OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional está a la derecha.

–

Formas L: El grupo OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional está a la izquierda.

En la naturaleza, las formas D son las predominantes.

Grupo funcional Carbonos asimétricos Posición del OH

D - glucosa

L - glucosa

Tema 2.- Los glúcidos  Propiedades ópticas: Si un haz de luz polarizada (la luz vibra en una dirección) atraviesa una solución con monosacáridos, el plano de luz polarizada se desvía con un ángulo determinado hacia la izquierda o hacia la derecha, según este comportamiento serán: –

Dextrógiros (+): Desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha.

–

Levógiros (-): Desvían el plano de luz polarizada hacia la izquierda.

Esta propiedad se da por la presencia de carbonos asimétricos y hay que tener en cuenta que es independiente de las formas D y L debidas a la isomería, por lo que hay formas D-(+), D-(-), L-(+) y L-(-).

Tema 2.- Los glúcidos

Dextrógira (+52,7º)

Levógira (-52,7º)

Levógira (-92,7º)

Tema 2.- Los glúcidos 3.2.- Fórmulas lineales: Para representar a un monosacárido en un plano (2D) lo primero que hay que hacer es representar el grupo funcional, el carbono que lo contenga será el C1 si es un grupo aldehído y si es un grupo cetona se le asignará el número más pequeño posible. A partir de aquí se construye el esqueleto de carbonos y se le van añadiendo los grupos hidroxílicos y los hidrógenos formando ángulos de 90º.

Esta forma se conoce como proyección de Fischer y con ella podemos ver la forma que adopta en el espacio ya que los enlaces horizontales representan enlaces que salen del plano y los verticales los que entran en el plano.

También está la proyección en perspectiva, aquí los enlaces verticales se representan con líneas a trazos y los horizontales como cuñas.

1

2

3

4

5

6

Tema 2.- Los glúcidos 3.3.- Fórmulas cíclicas: Los enlaces C-C tienen movilidad (no como los dobles o los triples), esto hace que en disolución se muevan y tiendan a adoptar formas cíclicas. Las formas cíclicas se consiguen porque los grupos OH en disolución reaccionan con los grupos carbonilos (aldehídos o cetonas) y forman entre ellos un enlace llamado hemiacetal.

Los monosacáridos que pueden hacer esto son aquellos que tienen como mínimo 5C y dependiendo del número de C y de si tienen un grupo aldehído o uno cetona adoptarán formas pentagonales (llamadas furano) o hexagonales (pirano).

Tema 2.- Los glúcidos La mejor forma de explicar cómo ocurre esta ciclación es ayudándonos con la forma de representarla, conocida como proyección de Haworth:

Proyección de Fischer

Proyección de Haworth

Tema 2.- Los glúcidos  Formación de anillos tipo pirano:

H

H

C

O

H

C

O

O

C

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

H El enlace hemiacetal se producirá entre el grupo carbonilo y el grupo hidroxilo del último carbono asimétrico. En las aldosas será a la altura del C 1, en las cetosas se realizará en el C que tenga el grupo funcional.

Tema 2.- Los glúcidos  Formación de anillos tipo pirano:

H O

H H

C

O

H

C

O

O

C

H

H

C

O

H

C

H

C

CH2OH

C

H

C

C H C

O

O

C

H

H Para empezar a realizar la ciclación se gira la molécula hacia la derecha 90º (se coloca en forma horizontal) y se coloca el C1 a la derecha, abajo se colocan C2 y C3, a la izquierda C4 y arriba se pone C5 y el O del enlace hemiacetal. C6 se queda fuera del anillo.

Tema 2.- Los glúcidos  Formación de anillos tipo pirano:

H O

H H

Forma D

C

O

H

C

O

O

C

H

H

C

O

H

C

H

C

O

CH2OH

H

C

O

H

OH

H

C

C H

H

OH

OH

H

C

C

H

OH

H

H Por último se colocan los grupos hidroxilo y los H, los grupos que estaban a la derecha de cada C se colocan hacia abajo y los que estaban a la izquierda hacia arriba. El grupo CH2OH se coloca arriba de C5 en las formas D y abajo en la L, como la forma predominante en la naturaleza es la forma D casi siempre la veremos arriba.

Tema 2.- Los glúcidos  Formación de anillos tipo furano:

H H

H

C

H

C

O

O

C

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

C

O

H

O

H En este caso tenemos una cetohexosa, por lo que el enlace hemiacetal se producirá entre el O de C2 y el grupo OH del último carbono asimétrico (C 5), ahora solo tenemos 4C más un O por lo que se formará un anillo pentagonal.

Tema 2.- Los glúcidos  Formación de anillos tipo furano:

H

O

C

H

O

C

H

C

H

C

H

C

Forma D

O H O

O

O

CH2OH

H

H

OH

C

C H

C

C

OH

H

H

H

C

H

O

OH

H

CH2OH

H La posición de cada C es la misma que en las formas pirano, C 2 irá a la derecha, C3 y C4 abajo, C5 a la izquierda y el O arriba. Los OH y los H que estaban a la derecha se colocan por debajo y los que estaban a la izquierda hacia arriba. El CH2OH del C5 se coloca hacia arriba en las formas D y hacia abajo en las formas L.

Tema 2.- Los glúcidos Hay que tener en cuenta una última consideración, los C que tienen el grupo funcional (C1 si es aldehído y C2 si es cetona), después de formar el enlace hemiacetal se convierte en un carbono asimétrico al tener sus 4 enlaces con 4 grupos diferentes. Al surgir en este momento se le llama carbono anomérico y su consecuencia directa es que producirá dos nuevos diastereoisómeros que diferenciaremos por la siguiente nomenclatura: –

Forma α: El OH del carbono anomérico (llamado hemiacetálico) se coloca abajo.

–

Forma β: El OH del carbono anomérico se coloca arriba.

Esto se hace así tanto en los anillos furano como pirano, esta isomería se conoce con el nombre de anomería y a las dos moléculas se les llama anómeros. Cuando un monosacárido ciclado se encuentra en disolución, las formas α y β están en equilibrio.

 ¿Los anillos furano y pirano representados en los ejemplos anteriores son α o β?  ¿Cómo serían sus anómeros?  ¿Cómo influyen estas dos formas a la representación lineal de Fischer?

Tema 2.- Los glúcidos Para nombrar a estas formas cíclicas se pone primero si es α o β, después si es D o L y por último se pone el nombre del monosacárido y el tipo de anillo que forma (furanosa o piranosa).

Anómeros cíclicos

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glúcidos Estos anillos no forman un plano tal y como se ha visto anteriormente, se escriben así para representarlos y poder ver claramente sus características pero los C que lo forman tienen movilidad y pueden adoptar varias formas en el espacio (los anillos de piranosas): –

Silla: Cuando C1 y C4 están en diferentes lados del plano que forman C 2, C3 y C5.

–

Bote: En este caso C1 y C4 están en un mismo plano pero diferente al que forman C2, C3 y C5.

Tema 2.- Los glúcidos 3.4.- Monosacáridos principales: De todas las formas posibles, los monosacáridos con mayor interés biológico son los siguientes:  Triosas: Hay una aldotriosa (gliceraldehído) y una cetotriosa (dihidroxiacetona) y son muy abundantes en el interior celular ya que son metabolitos intermedios de la degradación de la glucosa.

 ¿Cuál es la fórmula de ambas moléculas si tienen 3C?  ¿Poseen carbonos asimétricos?  ¿Presentan algún tipo de isomería?  Si hay isomería, ¿cuántos isómeros hay?

Tema 2.- Los glúcidos  Tetrosas: Hay dos aldotetrosas (treosa y eritrosa) y una cetotetrosa (eritrulosa), pueden aparecer en alguna ruta metabólica.

 ¿Cuál es la fórmula de estas moléculas si tienen 4C?  ¿Poseen carbonos asimétricos?  ¿Presentan algún tipo de isomería?  Si hay isomería, ¿cuántos isómeros hay?

Tema 2.- Los glúcidos  Pentosas: Son muy importantes en la naturaleza: –

Aldopentosas: Tienen tres carbonos asimétricos por lo que hay 8 formas posibles (23 = 8) pero en la naturaleza solo existen 4: ●

● ●

●

–

D-Ribosa: Forma parte de muchas sustancias orgánicas muy importantes como los ribonucleótidos del ARN. A partir de la ribosa se forma la desoxirribosa que formará los desoxirribonucleótidos del ADN. D-Xilosa: Forma el polisacárido xilana de la madera.

L-Arabinosa: Forma el polisacárido arabana que es uno de los componentes de la goma arábiga.

D-Lixosa: Poco común en la naturaleza, forma parte de las paredes bacterianas.

Cetopentosas: Aquí hay dos carbonos asimétricos (4 formas posibles), son: ●

●

D-Ribulosa: Se une al CO2 y lo incorpora en la célula vegetal para poder realizar la fotosíntesis.

L-Xilulosa.

Tema 2.- Los glúcidos

Cuando las aldopentosas se disuelven en el agua adoptarán la forma cíclica, como el enlace hemiacetal se realiza entre C1-C4, se formará una furanosa:  ¿Cómo sería una α-D-Xilofuranosa? ¿y una β-DXilopiranosa?  ¿Por qué no se pueden ciclar las cetopentosas?

Tema 2.- Los glúcidos  Hexosas: Poseen 6C, según su grupo funcional serán: –

Aldohexosas: Tienen 4C asimétricos y por lo tanto 16 formas posibles (2 4 = 16), en disolución adoptan formas cíclicas de tipo pirano. Las más importantes en biología son: ●

●

●

–

D-Glucosa: Molécula encargada de aportar la mayor parte de la energía a la célula y en el caso de las neuronas la única, forma polímeros muy importantes como el almidón, glucógeno o maltosa. Da el sabor dulce a muchas frutas como las uvas.

D-Galactosa: Forma junto con la glucosa el disacárido lactosa presente en la leche pero también está en la orina, forma polisacáridos (pectina) y glucolípidos (cerebrósidos).

D-Manosa: Se encuentra en tejidos vegetales, bacterianos y en mohos y levaduras.

Cetohexosas: Tienen 3C asimétricos y 8 formas posibles, en disolución formarán una furanosa. El más importante es: ●

D-Fructosa: Se encuentra libre en la fruta. Junto con la glucosa forma la sacarosa y en el hígado se transforma en glucosa para obtener energía.

Tema 2.- Los glúcidos

 Pon el nombre completo de estas tres moléculas cicladas.

Tema 2.- Los glúcidos 3.5.- Derivados de los monosacáridos: Debido a la gran reactividad que poseen sus grupos hidroxilo, aldehído o cetona podemos encontrar muchas y muy importantes estructuras producidas por diferentes reacciones: –

Fosfatos de azúcares: El monosacárido se une a un grupo fosfato, forma intermediarios del metabolismo como la glucosa-6-fosfato, el Dgliceraldehído-3-fosfato o la β-D-fructosa-6-fosfato.

–

Desoxiazúcares: Pérdida de un OH, el más importante es la 2-desoxirribosa.

–

Polialcoholes: Por reducción transforman el grupo funcional por un OH, el más importante es el glicerol que forma algunos lípidos.

–

–

Tema 2.- Los glúcidos Azúcares ácidos: Por oxidación transforman el grupo aldehído o un hidroxilo en un ácido (-COOH), entre este último grupo destacan el ácido ascórbico (vitamina C) o el ácido glucurónico del tejido conjuntivo.

Aminoazúcares: Un grupo hidroxilo se sustituye por uno amino (-NH 2), así se forman polímeros muy importantes como el N-acetil-glucosamina (forma la quitina, componente principal del exoesqueleto de los artrópodos) o el ácido-N-acetilmurámico (forma la pared bacteriana).

Tema 2.- Los glúcidos 4.- Ósidos Moléculas formadas por varios monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos, para poder estudiar los ósidos más importantes hay que conocer cómo se produce este enlace: 4.1.- El enlace O-glucosídico: Se produce entre el OH del carbono anomérico de un monosacárido y otro OH (de cualquier C) de otro monosacárido. Con la formación de este enlace se produce un disacárido y una molécula de agua.

 ¿Qué carbonos intervienen en este enlace?  ¿Intervienen los carbonos anoméricos?

C6H12O6 + C6H12O6  C12H22O11 + H2O

dos

Tema 2.- Los glúcidos Para estudiar este enlace hay que conocer dos aspectos de ellos: 1. Dependiendo del OH del segundo monosacárido que intervenga se definen dos enlaces: ●

●

Enlace monocarbonílico: El OH del segundo monosacárido no provienen del carbono anomérico. En este caso el disacárido mantendrá el poder reductor puesto que se mantiene libre un OH hemiacetálico (estos OH les dan las propiedades reductoras).

Enlace dicarbonílico: El OH del segundo monosacárido proviene del carbono anomérico por lo que el disacárido no tendrá poder reductor.

Tema 2.- Los glúcidos 2. Nomenclatura: Si el primer monosacárido está en forma α el enlace será αglucosídico y si es β será β-glucosídico. El enlace se nombrará poniendo primero si es alfa o beta y después se ponen entre paréntesis los números de los carbonos que intervienen. Ejemplo: α(12).

Enlace α(14)

Enlace β(14)

Enlace β (14)

Tema 2.- Los glúcidos Estos enlaces empiezan con la letra O porque se produce entre dos grupos OH, pero también se puede dar entre un OH de un monosacárido y el N de un grupo amino de otro compuesto, cuando esto ocurre se llamará enlace N-glucosídico. Con este tipo de enlace se forman los aminoazúcares que se vieron en los derivados de los monosacáridos (punto 3.5).

La cantidad de monosacáridos que existen así como la diversidad de enlaces glucosídicos que pueden formar entre ellos hace que las posibilidades sean infinitas, por este motivo solo estudiaremos las moléculas que tienen mayor interés biológico.

Tema 2.- Los glúcidos 4.2.- Oligosacáridos: Contienen de 2 a 10 monosacáridos (de 2 a 15 para algunos autores) y serán sólidos, dulces, cristalizables, solubles y tendrán poder reductor en función del enlace glucosídico que tengan (los que tengan enlaces monocarbonílicos tendrán poder reductor). Los más importantes, y los únicos que veremos, serán los disacáridos.

Por la cantidad de moléculas que pueden formar son capaces de almacenar información, por esto se encuentran en la membrana plasmática junto con lípidos (glucolípidos) y proteínas (glucoproteínas) actuando como receptores de muchas sustancias y para el reconocimiento celular.

Tema 2.- Los glúcidos Hay cuatro disacáridos importantes:  Sacarosa: Es el azúcar de consumo habitual, se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha, por lo que se utiliza como reserva energética en la células vegetales. Está formado por la α-D-glucopiranosa y la β-D-fructofuranosa mediante un enlace α(12), esto quiere decir que el enlace se produce entre los dos carbonos anoméricos (dicarbonílico) y por lo tanto no tiene poder reductor.

Tema 2.- Los glúcidos  Maltosa: Es el llamado azúcar de malta, se encuentra libre en el grano germinado de la cebada y se utiliza para fabricar cerveza aunque si se tuesta se emplea como sucedáneo del café, en la industria se obtiene a partir de la hidrólisis del almidón y del glucógeno. Se forma por la unión de dos α-D-glucopiranosas mediante un enlace α(14), este enlace es monocarbonílico y por lo tanto la maltosa tiene poder reductor.

La Isomaltosa es otro disacárido que también se forma por dos α-D-glucopiranosas pero lo hacen mediante un enlace α(16), dibuja esta molécula y di si tiene o no poder reductor.

Tema 2.- Los glúcidos  Lactosa: Es el azúcar que se encuentra en la leche de los mamíferos y no se forman polímeros a partir de ella. Los monosacáridos implicados son una β-D-galactopiranosa y una β-D-glucopiranosa, ambos se unen por un enlace β(14) por lo que se conserva el poder reductor.

Tema 2.- Los glúcidos  Celobiosa: Este disacárido no se encuentra libre sino formando el polisacárido celulosa que forma la pared celular de las células vegetales. Al igual que la maltosa, se compone de dos moléculas de D-glucopiranosa pero en este caso son β por lo que formarán un enlace β(14), dando poder reductor a la molécula.

Los animales no podemos hidrolizar la celulosa porque no tenemos la enzima necesaria para romper estos enlaces β(14), la celulasa, pero los rumiantes tienen en su estómago microorganismos que la sintetizan y así extraen glucosa de los vegetales.

Tema 2.- Los glúcidos 4.3.- Polisacáridos: Polímeros constituidos por cientos o miles de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos que forman cadenas lineales o ramificadas. Los enlaces pueden ser α o β, como el enlace β es más estable el polímero será más fuerte y tendrá función estructural, los enlaces α no son tan estables por lo que el polímero podrá ser hidrolizado más fácilmente y por eso se utiliza como fuente energética.

Los polisacáridos no son dulces, son insípidos, sólidos, amorfos e insolubles en agua (algunos forman dispersiones coloidales), tendrán como máximo un OH hemiacetálico por lo que se considera que no tienen poder reductor. Su masa molecular será muy alta.

Los podemos clasificar mediante dos criterios: –

Según su composición química: Por los monosacáridos que los constituyen: ●

Homopolisacáridos: Formados por un monosacárido repetido.

●

Heteropolisacáridos: Formados por más de un monosacárido.

Tema 2.- Los glúcidos –

Según su función biológica: ●

●

●

Polisacáridos de reserva: Normalmente suelen estar ramificados y formados por enlaces α-glucosídicos que facilitan su hidrólisis.

Polisacáridos estructurales: Normalmente son lineales y están formados por enlaces β-glucosídicos, dan consistencia y rigidez.

Polisacáridos de reconocimiento: Intervienen en el reconocimiento celular.

Estudiaremos los siguientes polisacáridos: Homopolisacáridos

Heteropolisacáridos

Almidón

Pectina

Glucógeno

Hemicelulosa

Dextranos

Agar-Agar

Celulosa

Gomas vegetales

Quitina

Mucílagos

Tema 2.- Los glúcidos  Almidón: Este homopolisacárido está formado por miles de moléculas de α-Dglucopiranosa (maltosas) que se unen de forma diferente para originar dos estructuras distintas: –

Amilosa (30%): Cadenas lineales de glucosas que se unen por enlaces α(14) adoptando una estructura helicoidal con 6 glucosas por vuelta. Su masa molecular llega a 500000 D.

–

Amilopectina (70%): Cadenas lineales de glucosas unidas por enlaces α(14) y con disposición helicoidal pero con ramificaciones cada 15-30 glucosas aproximadamente mediante uniones α(16) por lo que las uniones forman isomaltosas. Su masa molecular será mayor por estas ramificaciones llegando a 1000000 D.

Es el polisacárido de reserva propio de los vegetales, se acumula en forma de gránulos en el interior de los plastos de la célula vegetal (amiloplastos) y al no estar disuelto en el citoplasma no influye en la presión osmótica interna.

Los depósitos de almidón se encuentran en las semillas y en los tubérculos como la patata y el boniato y así podrán obtener energía al hidrolizarlos sin necesidad de luz. El ser humano también los utiliza, proporcionando el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos en todo el mundo.

AMILOSA

Tema 2.- Los glúcidos

AMILOPECTINA

Tema 2.- Los glúcidos

ALMIDÓN

Tema 2.- Los glúcidos

Tema 2.- Los glúcidos El almidón ha de ser hidrolizado para poder obtener la glucosa que lo forma y obtener así energía, esta rotura de enlaces las realizan enzimas especializadas que son:

–

α-amilasa:Rompe al azar enlaces α(14), en los animales se produce en la saliva y en el jugo pancreático.

–

β-amilasa: Se une las amilasas y amilopectinas y las hidroliza hasta maltosas.

–

Maltasa: Se une a la maltosa, rompe su enlace α(14) y se obtiene glucosa.

–

Enzimas desramificadoras: Se unen a las isomaltosas para romper el enlace α(16) y obtener glucosa.

Tema 2.- Los glúcidos  Glucógeno: Homopolisacárido similar al almidón pero más ramificado ya que presenta una ramificación cada 8-12 glucosas por lo que su masa molecular será mayor, alcanzando los 5000000 D. Esta molécula es la reserva energética de los animales y la podemos encontrar en el hígado (10%) y en los músculos (2%) donde se hidrolizará para obtener glucosa.

Tema 2.- Los glúcidos  Dextranos: Homopolímero de α-D-glucopiranosas unidas mediante enlace α(16) con múltiples ramificaciones de tipo (12), (13) y (14). El es polisacárido de reserva en las levaduras y bacterias. Las bacterias bucales producen dextranos que se adhieren a los dientes formando la placa dental.

También tienen usos comerciales y se emplean en la producción de dulces, lacas, aditivos comestibles, en la industria farmacéutica y tiene uso veterinario.

Tema 2.- Los glúcidos  Celulosa: Homopolisacárido formado por β-D-glucopiranosas que se unirán mediante enlaces β(14), es un polímero de celobiosa. Este enlace hace que cada glucosa esté girada 180º respecto a la anterior por lo que se formará una fibra lineal (no está ramificada) pero “retorcida” que establecerá puentes de hidrógeno entre la misma fibra y otras que estén cerca, formando una estructura de fibras muy resistente.

Por estas características su función será esquelética y de sostén, formando la pared celular de las células vegetales, las fibras vegetales y el interior del tronco. La celulosa también es insoluble en agua y se puede unir/asociar a otros compuestos para que el conjunto tenga características específicas como pasa en las paredes celulares con las pectinas, ligninas, cutinas, suberinas o ceras.

Tema 2.- Los glúcidos Cada polímero de celulosa puede tener hasta 5000 celobiosas, estas fibras se van uniendo entre sí para formar micelas que a su vez se irán asociando para formar microfibrillas y éstas se juntarán para formar macrofibrillas visibles al microscopio óptico.

Estas macrofibrillas se unen para formar fibras de diferente grosor, en el caso del algodón se pueden observar a simple vista.

Tema 2.- Los glúcidos  Quitina: Es un homopolisacárido formado por un derivado nitrogenado de la glucosa llamado β-D-N-acetil-glucosamina, se unen mediante enlaces β(14) de la misma forma que lo hace la celulosa por lo que formará grandes fibras sin ramificar que se unirán a otras fibras paralelamente mediante puentes de hidrógeno. El disacárido que se forma por la unión de estos monosacáridos se llama quitobiosa.

Quitobiosa

N-acetil-glucosamina

Tema 2.- Los glúcidos Los enlaces que forman la quitina le dan la característica de originar una estructura muy resistente por lo que forma parte de la pared celular de los hongos y sirve para formar el exoesqueleto de los artrópodos, de hecho, este exoesqueleto es uno de los motivos de su éxito evolutivo. Los crustáceos lo impregnan de carbonato cálcico para aumentar su dureza.

15cm

Tema 2.- Los glúcidos  Pectinas: Heteropolisacárido estructural de las paredes celulósicas de los vegetales, es un polímero de 10 unidades de ácido galacturónico unido por enlaces α(14) al que se le añade una ramnosa (aldohexosa) a partir de la cual surgen ramificaciones. Tiene una gran capacidad gelificante por lo que se usa para preparar mermeladas.

 Hemicelulosa: Conjunto muy heterogéneo de polímeros de pentosas y hexosas que se asocia a la celulosa en las partes más duras de los vegetales. Las fibras de celulosa, las pectinas y las hemicelulosas formarán la mayor parte de la pared celular vegetal.

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glúcidos  Agar-Agar: Se extrae de las algas rojas y es un polímero de subunidades de D y L galactosa. En las algas sirve para dar estructura a su pared celular pero disuelto en agua caliente y enfriado se vuelve gelatinoso por lo que se utiliza en microbiología para preparar medios de cultivo y también en la preparación de alimentos como gelatinas.

 Gomas vegetales: Hay muchas como la goma Arábiga, goma de Tragacanto o goma Guar y son polímeros de arabinosa, galactosa y ácido glucurónico. Son sustancias con función defensiva en las plantas ya que se sintetizan y secretan al exterior para cerrar las heridas (cicatrizante), en la industria se emplean para fijar aromas, estabilizar espumas y emulsiones e incluso en la fabricación de golosinas.

 Mucílagos: Sustancias análogas a las gomas que están presentes en algas, hongos y sobretodo en vegetales, ayudando en la protección al formar una capa protectora, si está en contacto con el agua, que les evita infecciones y los mantiene hidratados, esto ocurre en muchas semillas.

Tema 2.- Los glúcidos

Agar-Agar

Goma Arábiga

Mucílagos

Tema 2.- Los glúcidos 4.4.- Heterósidos: Surgen de la unión de un glúcido con una molécula no glucídica llamada aglucón, por lo que se formarán toda una serie de moléculas muy diferentes entre sí y con funciones muy dispares. Se clasifican según la naturaleza del aglucón: Lípido

Proteína

Otras moléculas

Unido a

En proporción

El aglucón es una molécula orgánica de naturaleza variada como un alcohol, un fenol, ..

Monosacáridos

Cerebrósidos

Oligosacáridos

Alta

Baja y en forma de

Gangliósidos Péptido

Proteína

Peptidoglucano

Proteoglucano

Glucoproteínas

Séricas

Hormonas gonadotrópicas

De membrana

Digitalina Antocianósidos Tanósidos Estreptomicina Etc.

Tema 2.- Los glúcidos  Glucolípidos: El aglucón normalmente es el lípido ceramida y al estar unidos a un lípido formarán parte de las membranas celulares, concretamente en la cara externa formando el glucocáliz. Actúan en el reconocimiento celular y como receptores externos y según el glúcido que los forma hay dos tipos: –

Cerebrósidos: Glucolípidos cuya fracción glucídica es un monosacárido, habitualmente la glucosa o la galactosa.

–

Gangliósidos: Glucolípidos cuya fracción glucídica es un oligosacárido ramificado.

 Heterósidos con un aglucón diferente a una proteína o un lípido: Son muy variados y con funciones muy dispares, normalmente son principios activos de plantas medicinales como la digitalina (cardiotónico), antocianósidos (responsables del color de las flores) o tanósidos (propiedades astringentes) pero también podemos encontrar antibióticos como la estreptomicina o los nucleótidos.

Tema 2.- Los glúcidos  Peptidoglucano o mureína: La parte glucídica la forman polímeros de N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetil-murámico (NAM) unidos por enlaces β(14), la parte proteica son cadenas cortas de aminoácidos (péptidos) que se unen a la cadena principal de glúcidos. La mureína forma parte de la pared bacteriana por lo que su función será estructural y protectora.

Tema 2.- Los glúcidos Las bacterias pueden ser Gram + o Gram – en función de la estructura que tenga su membrana plasmática y su pared celular pero ambas poseen peptidoglucanos:

Tema 2.- Los glúcidos  Proteoglucano: Están compuestos por una gran fracción glucídica llamada glucosaminoglucano (antes se llamaban mucopolisacáridos por su capacidad de dar lugar a disoluciones viscosas) que constituye aproximadamente el 80% de la molécula y una pequeña fracción proteica que supone el 20%.

El glucosaminoglucano será un polímero lineal de N-acetil-glucosamina o de N-acetilgalactosamina y un ácido glucurónico. Dependiendo del enlace que se forme entre ellos (α o β) tendrán una función u otra: –

Glucosaminoglucanos estructurales: Heteropolisacáridos que forman enlaces β(14) y β(13). Forman la matriz extracelular, siendo particularmente abundantes en los tejidos conjuntivo, cartilaginoso y óseo. Los más importantes son el ácido hialurónico y los sulfatos de condroitina y pueden unirse a la proteína hasta 100 cadenas de glucosaminoglucanos.

–

Glucosaminoglucanos de secreción: Aquí los heteropolisacáridos forman enlaces α(14) y α(13), el más importante es la heparina e impide la coagulación de la sangre. Está presente en animales hematófagos como las sanguijuelas, mosquitos o murciélagos para que fluya la sangre constantemente y también tiene mucha importancia en medicina para evitar trombosis.

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glĂşcidos

Tema 2.- Los glúcidos  Glucoproteínas: Estas moléculas tienen una fracción proteica mayor que la porción glucídica (tiene una proporción de 5-40%) y están unidas fuertemente mediante enlaces covalentes. Hay de muchos tipos y con múltiples funciones, veremos las más importantes: –

Glucoproteínas sanguíneas o séricas como la protrombina (participa en la coagulación de la sangre) o las inmunoglobulinas (sistema inmune).

–

Hormonas gonadotrópicas que provocan la ovulación y la maduración de los folículos de Graaf.

–

De membrana, son glucoproteínas presentes en la membrana plasmática que participan en la formación del glucocáliz y en el reconocimiento celular.

Tema 2.- Los glúcidos 5.- Principales funciones de los glúcidos Los glúcidos son uno de los cuatro principios inmediatos orgánicos de los seres vivos junto a los lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, siendo más abundantes en plantas que en animales ya que se sintetizan en la fotosíntesis. Las funciones principales en los seres vivos son: –

Función energética: El glúcido más importante que desempeña esta función es la glucosa, siendo además el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza y en el medio interno ya que puede atravesar la membrana plasmática directamente. Con 1gr. de glucosa se pueden obtener 3,7 Kcal, por esto se almacena para proporcionar energía cuando sea necesario.

La forma de almacenarla es sintetizando polímeros a partir de ella como el almidón y el glucógeno, conteniendo miles de glucosas.

Otros glúcidos muy importantes serán la sacarosa o la galactosa.

–

Función estructural: El enlace β que se establece entre monosacáridos para formar estructuras mayores hace que la molécula resultante sea muy difícil de degradar, lo que permite la formación de estructuras muy resistentes y muy importantes para los seres vivos como la celulosa en los vegetales, la quitina en los artrópodos, el ácido hialurónico en tejidos conjuntivos o la condroitina en los tejidos cartilaginoso y óseo.

–

Tema 2.- Los glúcidos Otras funciones: Al ser tan variados y unirse con tantas moléculas son capaces de tener funciones específicas y muy importantes: ● ●

●

●

Protectora y defensiva con las gomas vegetales y mucílagos.

Especificidad de la membrana plasmática, reconocimiento celular y de receptores como las glucoproteínas y los glucolípidos.

Interviene en la coagulación de la sangre como la heparina y la protrombina.

De vitamina ya que la vitamina C es un derivado de un monosacáridos.

●

Hormonal con las hormonas gonadotrópicas.

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Antibióticos como la estreptomicina.

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Enzimática ya que forman las ribonucleasas.

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Inmunológica al formar parte de anticuerpos y poder funcionar como antígenos.

La ribosa y la desoxirribosa forman parte de la estructura de los ácidos nucleicos.