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TEMA 2: LOS GLÚCIDOS

1. CARACTERISTICAS GENERALES Los glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O. Su formula empírica es n(CH2O). Se les conoce con el nombre de hidratos de carbono o carbohidratos, aunque hoy se sabe que no es así y por lo tanto este nombre no es correcto aunque se sigue utilizando. Los glúcidos son polialcoholes (tienen varios grupos alcohólicos o hidroxilos -OH) y un grupo carbonilo (-C = O) que puede ser aldehído o cetónico. Por ello podemos decir que son polihidroxialdehídos o polihidroxiacetonas.

2. CLASIFICACIÓN Los glúcidos se clasifican según su estructura. en dos grandes grupos:

Osas o monosacáridos: Son los glúcidos más sencillos que existen, pueden tener entre 3 y 9 carbonos. Constituyen los monómeros a partir de las cuales se originan los demás glúcidos. El grupo carbonilo se diferencian dos grupos:

Aldosas. El grupo carbonilo es un aldehído.

Cetosas. El grupo carbonilo es una cetona.

Ósidos: Son glúcidos formados por la unión de varios monosacáridos con desprendimiento de moléculas de agua. Estos compuestos mediante hidrólisis se descomponen en los monómeros constituyentes. Se diferencian a su vez dos grupos:

Holósidos. Son ósidos formados únicamente por monosacáridos al hidrolizarlos. Según el número de monosacáridos se diferencian dos grupos:

Oligosacáridos. Contienen pocas moléculas de monosacáridos. Los más importantes

son los disacáridos

Polisacáridos. Están formados por más de 10 monosacáridos. Son polímeros. Se diferencian dos grupos.

o Homopolisacáridos. Están formados por un solo tipo de monosacáridos.

o Heteropolisacáridos. Están formados por más de un tipo de monosacáridos.

Heterósidos. Son ósidos formados por monosacáridos o derivados de monosacáridos y otras moléculas no glucídicas de distinta naturaleza. Según estas se diferencian varios grupos: glucolípidos, glucoproteínas, etc.

3. MONOSACARIDOS

3.1. CARACTERISTICAS Y CLASIFICACION Son los glúcidos más sencillos que existen. Son sólidos, de color blanco, solubles en agua, de sabor dulce y cristalizables. Su definición química es polialcoholes con un grupo aldehído o cetónico. Todos los monosacáridos debido a la presencia del grupo carbonílico (aldehído o cetónico) tienen poder reductor frente a determinadas sustancias. La formula general empírica es CnH2nOn donde n es el número de átomos de carbono, puede variar entre 3-9. Los monosacáridos se dividen en dos grupos: si es aldehídica se llaman aldosas, si es cetónica se denominan cetosas. Se nombran anteponiendo a la terminación osa un prefijo que nos indica la función carbonila, aldo si es aldehídica y ceto si es cetónica y a continuación otro que nos indica el número de carbonos. Ej aldo-tri-osa.

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3.2. ISOMERIA DE LOS MONOSACARIDOS En los monosacáridos con la formula empírica no podemos saber las características de la molécula, no por sus grupos funcionales se hace necesario recurrir a ver cuáles son las posibles posiciones para ver donde se encuentran los grupos funcionales. Además las diferentes estructuras de la molécula va a determinar las distintas propiedades ópticas de la formula empírica. Los isómeros pueden ser de diferentes tipos:

Isomería funcional: La presentan aquellos monosacáridos que con una misma fórmula empírica tienen diferentes grupos funcionales. Ej. gliceraldehído y dihidroxiacetona.

Estereoisómería: Tienen la misma formula empírica y mismo grupo funcional. Estos isómeros se dan en aquellos compuestos que poseen carbonos asimétricos. Carbonos asimétricos son carbonos que están unidos a 4 radicales diferentes. El número de estereoisómeros que presenta un compuesto viene determinado por la formula 2n, donde n es el nº de carbonos asimétricos que posee dicho compuesto. Para obtener las fórmulas de los diferentes esteroisómeros de un monosacárido hay que ir cambiando la posición de los grupos OH de los carbonos asimétricos. Dentro de los estereoisómeros unos tienen configuración D y otros configuración L, según cual sea la posición del grupo OH del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo. Si el OH esta a la derecha se denomina forma D. Si el OH esta a la izquierda se denomina forma L. Cuando dos estereoisómeros son imágenes especulares el uno del otro, es decir varia la posición de todos los OH de los carbonos asimétricos se llaman enantiomorfos o enantiómeros. Tienen el mismo nombre uno será forma D y el otro L Cuando dos estereoisómeros solo se diferencian en la configuración de un carbono asimétrico se llaman epímeros. Tienen nombres diferentes.

Isomería óptica: Los compuestos que poseen carbonos asimétricos tienen actividad óptica, es decir que si se hace pasar a través de una disolución de los mismos, un haz de luz polarizada son capaces de hacer girar el plano de polarización de la luz. Si lo hacen girar hacia la derecha se llaman dextrógiros, se representa por (+). Si lo hacen girar hacia la izquierda se llaman levógiros, se representa (-). No existe ninguna relación entre la forma D o L y el que sea dextrógiro o levógiro.

3.3. CICLACION DE LOS MONOSACARIDOS Se ha comprobado que las pentosas y las hexosas cuando se encuentran en disolución presentan estructura cíclica, es decir forman anillos estables hexagonales o pentagonales, a estas estructuras se las denomina fórmulas de Haworth. Estos anillos se forman porque reacciona el grupo carbonilo (aldehído o cetónico) de un monosacarido con un grupo alcohólico de la misma molécula, originándose un enlace hemiacetálico (aldehído) o hemicetálico (cetona) intramolecular (puente de oxígeno) entre los carbonos que reaccionan. Si los anillos que se originan son pentagonales, a estas formas se las denomina formas furanósicas, por su parecido con el furano. Si los anillos son hexagonales, se denominan formas piranósicas, por su parecido con el pirano. Como consecuencia de la ciclación el carbono que tenia la función carbonila (aldehída o cetonica) se hace asimétrico. A este carbono se le denomina carbono anomérico. En este carbono aparece un nuevo grupo OH llamado OH hemiacetálico, que sigue teniendo en parte las propiedades del grupo carbonilo y por lo tanto mantiene el poder reductor. La aparición de este nuevo carbono asimétrico, permite la existencia de dos nuevos estereoisómeros que se

denominan anómeros: uno llamado cuando el OH hemiacetálico se dirige hacia abajo del plano del anillo, el otro se denomina ß cuando el OH se dirige hacia arriba del plano. Los monosacáridos de la forma ciclica se nombra de la siguiente manera:

Se pone en primer lugar las letras o ß que indica el tipo de anómero que es.

A continuación las letras D o L que nos indica el tipo de configuracion que tiene.

Por último el nombre del monosacárido acabado en el subfijo piranosa (si el anillo es hexagonal) o

furanosa (si es pentagonal). Ej D glucopiranosa

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3.4. MONOSACÁRIDOS IMPORTANTES

TRIOSAS: Son glúcidos formados por 3 C. La formula molecular es C3H6O3. No suelen encontrarse libres en grandes cantidades en la naturaleza. Son importantes intermediarios en el metabolismo celular. Entre ellas destacan:

D-gliceraldehido que es una aldotriosa posee un carbono asimétrico luego tiene dos esteroisomeros. dihidroxiacetona que es una cetotriosa no posee carbonos asimétricos, por lo que no tiene

esteroisomeros, y carece de actividad óptica.

TETROSAS: Estan formadas por 4 C. Destacan: Treosa Eritrosa (aldotetrosas) Eritrulosa (cetotetrosas)

PENTOSAS: Posee 5 C. Formula molecular C5 H10 O5. En las aldopentosas, al tener 3 C asimétricos, pueden darse 8posibles configuraciones moleculares. Entre las cetopentosas podrían darse solo 4 pues tienen dos carbonos asimétricos. Propiedades de las pentosas es qe son comunes a los monosacáridos y en

disolución tienen forma cíclica, presentan anomeros y ß y son reductores. Entre ellas cabe destacar: D-ribosa: Es una aldosa, se presenta en forma furanosica. Se encuentra formando parte del ARN,

ATP, NAD. D-2-desoxirribosa. Es un derivado de monosacárido se forma al sustituir en la ribosa el OH del C-2

por un hidrógeno. Es importante porque forma el ADN. D-xilosa D-arabinosa D-ribulosa: Es una cetosa. Interviene en el ciclo de Calvin de la fotosíntesis fijando el CO2

atmosférico.

HEXOSAS: Poseen 6 C. Tienen de formula molecular C6H12O6. Para las aldohexosas hay 16 posibles configuraciones. Entre ellas destacan:

D-glucosa: Aparece con el anomero . Presenta características comunes con otros. Se estudió los fenómenos de la ciclación y mutanotacion. La glucosa en disolución presenta 2 isómeros ópticos de lo que se dedujo que en disolución tenía que presentar una aromo de carbono más. La mutanotacion es una propiedad química de los monosacáridos cíclicos en disolución. Surgen cuando se añadió glucosa en agua, se estudió la actividad óptica de esas disoluciones de glucosa, y se observó que presentaban una desviación estable del plano de polarización de 52º7’, esto es debido a que en la glucosa siempre

aparece una molecula -D+glucopiranosa para cada 2 de ß-D+glucopiranosa y con una rotación estable de ese grupo de rotación.

Debido a la existencia de mutanotaciones que hacen que las moléculas de -D+glucopiranosa muten a las de ß-D+glucopiranosa, para que se mantengan siempre esa rotación. Las estructuras de la glucosa no son planas, porque pueden adoptar unas conformaciones en el espacio en forma de silla y de nave. D-galactosa: Es también una aldopentosa, aparece en ka orina junto con la glucosa. Ya que procede

de la hidrolisis del disacárido lactosa, azúcar de la leche y asociada con lípidos forma los cerebrosidos. D-Manosa: Aparece como monosacárido en los tejidos musculares. Es componente monomerico de

un homopolisacarido que es la manosa. D-fructosa: Es una cetosa. Aparece en disolución con estrucura ciclada pentagonal. Aunque pueden

presentar los 2 anomeros o ß , en la naturaleza aparece el ß-Dfructofuranosa. Presenta actividad óptica levógira. Cuando se asocia a la glucosa forma la sacarosa. En el hígado se transforma en glucosa por lo que tiene una función energética.

HEPTOSAS: Poseen 7 C, la más importante es la heptulosa, compuesto intermedio en la regeneración de ribulosa en el ciclo de Calvin.

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3.5. NOMENCLATURA DE LOS MONOSACARIDOS:

Se pone un prefijo que indique su grupo funcional “aldo” o “ceto” y otro referente al numero de C que tienen. Ej.: Un azúcar con 3 C con cetosa cetotriosas. Además algunos azucares tienen sus nombres, como la glucosa, y es una aldohexosa. Cuando los monosacáridos tienen forma cíclica, para nómbralos se ponen:

- El tipo de anomero: o ß, segun la posición del grupo –OH, si está arriba o abajo del plano del ciclo. - El tipo de enantiomero: D o L - Se añade el nombre del monosacárido acabado en piranosa o furanosa.

Para la D-glucosa existen: -D-glucopiranosa y ß-D-glucopiranosa.

3.6. SUSTANCIAS DERIVADAS DE LOS MONOSACARIDOS. Existen:

Glúcidos-alcoholes: resultan de reducir el grupo aldehído o cetonico a hidroxilo. El más importante es el sorbitol. El gliceraldehido cuando se produce tendremos el glicerol.

Glucoacidos: resulta de oxidar el grupo carbonilo al grupo carboxilo, ya sea del aldehído o cetona del azúcar.

Aminoglucidos: resulta de la sustitución de un grupo alcohólico por uno amino. Glucosidos: resultan de la condensación de un grupo –OH y uno anomerico con una amina o con el

grupo hidroxilo de otro compuesto. Esteres fosfato: Intermediario del metabolismo. Hace mucho mas reactivo a los azucares.

4. HOLOSIDOS El enlace O-glucosídico puede ser:

Monocarbonílico: Cuando el enlace se establece entre el carbono carbonilo del primer monosacárido y un carbono no carbonílico del segundo, con lo cual el carbono carbonílico del segundo monosacárido queda libre y por ello los compuestos que presentan este enlace conservan el poder reductor. Es decir el enlace se forma al reaccionar el OH hemiacetálico del primer monosacárido con un OH del segundo pero no con el hemiacetálico, por lo que queda libre el OH hemiacetálico del segundo monosacárido y por consiguiente los compuestos que los presentan conservan el poder reductor.

Dicarbonílico: Cuando el enlace se establece entre los carbonos carbonílicos de los dos monosacáridos, con lo cual no queda libre ninguno y por ello los compuestos que lo presentan pierden el poder reductor. Es decir el enlace se forma al reaccionar los OH hemiacetálicos de los dos monosacáridos, por lo que no queda libre ninguno y por ello los compuestos que los presentan no conservan el poder reductor. Ej.: sacarosa

4.1. OLIGOSACARIDOS.

Son glúcidos formados por la unión de, entre 2 y 10 monosacáridos, normalmente hexosas, que se unen entre si

mediante enlaces 0-glicosídicos.

n Monosacáridos oligosacárido + (n-1) H2O

Según el nº de monosacáridos que los formen se pueden diferenciar varios grupos. Cada grupo se nombrará

anteponiendo un prefijo ( di, tri, tetra, etc. ) que nos indica el nº de ellos que les forman a la palabra sacárido.

-Disacáridos

-Trisacáridos

-Tetrasacáridos

4.1.1. DISACARIDOS

Son los oligosacáridos más importantes, están formados por la unión de 2 monosacáridos, generalmente

hexosas, mediante un enlace 0-glicosídico.

2 monosacáridos (C6H12O6) disacárido (C12H22O11) + H2O

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Los disacáridos tendrán o no poder reductor dependiendo de que el enlace O´glucosídico sea mono o

dicarbolínilico.

Se nombran de la siguiente manera:

-En primer lugar se indica el nombre del 1º monosacarido acabado en osil

-A continuación entre paréntesis se indica entre que carbonos se da el enlace

-Por último se nombra el 2º monosacárido acabado en osa, si el enlace es monocarbonílico y en ósido

si es dicarbonílico.

Ej. maltosa = D glucopiranosil (1-4) D glucopiranosa

Los principales disacáridos son:

Maltosa: Se encuentra en granos de cebada. Se obtiene por hidrólisis parcial del almidón y del glucógeno. Esta

formada por dos moléculas de -D glucopiranosa que se unen mediante un enlace monocarbonílico

(1-4). El nombre es: -D glucopiranosil (1-4) -D glucopiranosa.

Lactosa:Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Tiene función energética. Esta formada por una

molécula de ß-D galactopiranosa y otra de -D glucopiranosa que se unen mediante un enlace

monocarbonílico ß (1-4). El nombre es: ß-D galactopiranosil (1-4) -D glucopiranosa.

Sacarosa: Es el azúcar de caña. No es reductora, su función es energética. Tiene actividad óptica dextrógira

pero cuando se hidroliza la mezcla es levógira. Esta formada por una molécula de -D glucopiranosa y

otra de ß-D fructofuranosa que se unen mediante un enlace dicarbonílico (1-2). El nombre es: -D

glucopiranosil (1-2) ß-D fructofuranósido.

Isomaltosa: No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Esta

formada por dos moléculas de -D glucopiranosa unidas mediante un enlace (1-6). El nombre es: -

D glucopiranosil (1-6) -D glucopiranosa.

Celobiosa: No se encuentra libre en la naturaleza, proviene de la hidrólisis parcial de la celulosa. Esta formada

por dos moléculas de ß-D glucopiranosa unidas mediante un enlace ß (1-4). El nombre es: ß-D

glucopiranosil (1-4) ß-D glucopiranosa.

Threalosa: está formada por dos moléculas de glucosa por enlace (1-1) , aparece en levaduras y no es reductora.

4.1.2. TRISACARIDOS. Se forman por la unión de 3monosacaridos mediante enlace o-glucosidico. Algunos presentan actividad antibiótica como la canamicina, estreptomina y neomicina, se utilizan en infecciones tuberculosas y neumonías. También tenemos la puromicina que es anticancerígeno. El trisacárido más importante es la Rafinosa y se localiza en las semillas del almidon.

4.2. POLISACARIDOS

Son glúcidos formados por más de 10 monosacaridos, que se unen mediante enlaces O-glicosídicos.

n (monosacáridos) (n-1) H2O + Polisacárido.

Tienen peso molecular elevado, no son dulces, no son solubles en agua aunque algunos como el almidón

forman soluciones coloidales, no cristalizan y carecen de poder reductor.

Según su función pueden ser: Polisacáridos estructurales o Polisacáridos de reserva

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4.2.1. HOMOPOLISACARIDOS Son polisacáridos que están formados por un solo tipo de monosacáridos o por un solo tipo de derivados de monosacáridos. Destacan los siguientes:

Almidón: Es el principal elemento de reserva de las plantas. Esta formado por muchas moléculas de -D

glucopiranosa que se unen mediante enlaces (1-4) y (1-6). El almidón esta formado por una mezcla de dos polímeros:

-Amilosa: Representa el 30 % del almidón. Esta formado por muchas moléculas de -D-glucopiranosa que se

unen mediante enlaces (1-4), formando cadenas lineales sin ramificar que se disponen enrolladas helicoidalmente, en cada vuelta hay 6 moléculas de glucosa.

-Amilopectina: Representa el 70 % del almidón. Esta formado por muchas moléculas de -D- glucopiranosa

que se unen mediante enlaces (1-4), formando cadenas lineales que se disponen helicoidalmente. De estas cadenas salen, cada 12 unidades de glucosa, ramificaciones que están formadas a su vez

por unidades de -D glucopiranosa unidas por enlaces (1-4). Estas ramificaciones se unen a la cadena principal mediante enlaces (1-6).

Por hidrólisis, el almidón gracias a unas enzimas específicas denominadas amilasa, se va desdoblando primero en polisacaridos de tamaño intermedio, llamados dextrinas, después en maltosa y por último en glucosa.

Glucógeno: Constituida por 15.000 moléculas de maltosa. Unida por un enlace (1-4) formando una cadena

muy larga helicoidal, con ramificaciones (tienen lugar mediante enlaces (1-6) cada 5 maltosas. Cuando se hidroliza, lo hace como amilopectina. Con yodo toma un tinte de color rojo. Forma disoluciones coloidales en el fotoplasma. Constituye el polisacárido de reserva de animales y es muy importante en el hígado.

Celulosa: Es un polisacárido estructural., cuya unidad repetitiva es la celobiosa. Está formada de 150 a 50.000 moléculas. Su peso molecular es de unos 800.000 u. forma cadenas moleculares no ramificadas. Estas cadenas se unen mediante puentes de H. Constituye micelas (pueden agruparse en unas fibrillas que pueden llamarse microfibrillas) cuando está en agua. Estas cadenas pueden ser visibles como en el caso del algodón. Es insoluble en agua y su función es esquelética y estructural, forma parte dela estructura de los vegetales. En el caso de los animales herbívoros, producen una encima que es la celulasa, que pueden degradar la celulosa en moléculas sencillas.

Quitina: Es un polisacárido estructural, que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de la pared celular de los hongos.Esta formada por muchas unidades de ß N acetil D-glucosamina que se unen mediante enlaces ß(1-4)

Dextranos: -D-glucosa y unido por enlaces (1-6) presenta ramificaciones (1-2), (1-3) y (1-4). Son de reseva producidos por bacterias. Posee interés energético con un peso molecular de 50.000 y 100.000 u.

4.2.2. HETEROPOLISACARIDOS

Son polisacáridos que están formados por más de un tipo de monosacáridos o derivados de ellos. En su hidrolisis además de monosacáridos dan otras sustancias. Los más importantes son:

Pectina: Es un polisacarido estructural, que esta presente en la pared celular de las células Vegetales. Es abundante en la manzana, pera…

Mucopolisacáridos: Tienen gran importancia. Se encuentran formando parte del tejido conjuntivo de la capa externa de los glucositos. Son polímeros lineales formados por N-acetilglucosamina. Forman parte de la sustancia intercelular del tejido conjuntivo de los animales. Destacan: - Acido hialurónico - Condroitina - Heparina

Hemicelulosa: Está formado por cadenas de xilosa con ramificaciones de arabinosa y otros monosacáridos. Forma parte de la pared celular.

Agar-agar: Se encuentra en las algas rojas. Cuando se calienta forma la gelatina.

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5. HETEROSIDOS Son glúcidos más o menos complejos que están formados por monosacáridos o derivados de monosacáridos y por otras sustancias no glucidicas llamadas aglicón o aglucón, que pueden ser de distinta naturaleza como proteínas, lípidos etc. Los principales son:

Glucolípidos

Nucleósidos y nucleótidos

Glucoproteínas

6. FUNCIONES Los glúcidos desempeñan las siguientes funciones: -Función energética: Los monosacáridos y los disacáridos tienen función energética, es decir sirven al organismo para que este mediante su oxidación obtenga energía, energía que será utilizada para realizar sus actividades. La glucosa es el principal combustible que utilizan las células y algunas como las neuronas el único. -Función de reserva: Algunos glúcidos como ciertos polisacáridos tales como el almidón y glucógeno, son utilizados por los organismos como reserva energética, constituye un sistema para acumular gran cantidad de glucosa en el interior de la célula, sin que por ello aumente en exceso la presión osmótica. -Función estructural: Algunos glúcidos son utilizados por los seres vivos para fabricar estructuras, asi tenemos: -Celulosa, pectina y hemicelulosa forman la pared de las células vegetales. -Quitina forma el exoesqueleto de los artrópodos y la pared de los hongos. -Ribosa y desoxirribosa forma parte de la estructura de los ácidos nucleicos.