BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO 1. BASE FISICO QUÍMICA DE LA VIDA (2) Clara Benhamú 3.1. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS 3.

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1 3. GLÚCIDOS 3.1. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS Los glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por una o varias cadenas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Todos presentan grupos funcionales carbonilo (C=O) e hidroxilo (-OH), por lo que se pueden definir como polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas y sus derivados. polihidroxialdehido polihidroxicetona Atendiendo al número de cadenas que contienen, se clasifican en: MONOSACÁRIDOS. Formados por una sola cadena. Según la posición del grupo carbonilo, se dividen en: ALDOSAS. El grupo carbonilo se encuentra en el primer C. CETOSAS. El grupo carbonilo se encuentra en el segundo C. Según el número de carbonos, se dividen en: TRIOSAS. Con 3 carbonos, pueden ser aldotriosas o cetotriosas. TETROSAS. Con 4 carbonos, pueden ser aldotetrosas o cetotetrosas. PENTOSAS. Con 5 carbonos, pueden ser aldopentosas o cetopentosas. HEXOSAS. Con 6 carbonos, pueden ser aldohexosas o cetohexosas. etc. OLIGOSACÁRIDOS. Formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos. Los más importantes son los DISACÁRIDOS, formados por la unión de 2 monosacáridos. POLISACÁRIDOS. Formados por la unión de más de 10 monosacáridos. Generalmente, el número de monosacáridos es de centenares o miles. 7

2 3.2. MONOSACÁRIDOS. ESTRUCTURA Y FUNCIONES Son los glúcidos más simples, formados por una sola cadena que puede tener entre 3 y 6 átomos de carbono. Responden a la fórmula general C n H 2n O n ó C n (H 2 O) n, por lo que también se llaman hidratos de carbono. Según el número de átomos de carbono que poseen, se denominan triosas, tetrosas, pentosas, etc, con el prefijo aldo o ceto, si el grupo carbonilo (-CO) se sitúa en el primero o en el segundo carbono, respectivamente. PROPIEDADES FÍSICAS: Son sólidos cristalinos, de color blanco, polares debido a los grupos OH que poseen, por tanto, son solubles en agua. Todos tienen sabor dulce, de ahí que también se denominen azúcares. Todos los monosacáridos, excepto la dihidroxiacetona, presentan una propiedad denominada actividad óptica, que consiste en que, cuando un rayo de luz polarizada (luz que vibra en un solo plano), atraviesa una disolución de estos compuestos, el plano de vibración se desvía. Cuando la desviación es hacia la derecha, el compuesto se llama dextrógiro y se representa con un signo (+); mientras que, si la desviación es hacia la izquierda, el compuesto es levógiro y se representa con un signo (-). La actividad óptica se debe a la existencia de carbonos asimétricos en los monosacáridos. Se dice que un carbono es asimétrico cuando sus 4 valencias están saturadas con 4 radicales diferentes. Ello da origen a diferentes fórmulas desarrolladas para un mismo compuesto (isómeros de posición o estereoisómeros), dependiendo de que los H y OH estén a derecha o izquierda en cada C asimétrico. El número de isómeros de posición es 2 n, siendo n el número de C asimétricos. Por ejemplo: En la fórmula de la ribosa, los carbonos 2, 3 y 4 son asimétricos, por lo que existen 2 3 = 8 isómeros de posición de la ribosa: Nomenclatura de los isómeros de posición: De todos los isómeros de posición, los que tienen el OH del penúltimo C a la derecha, se denominan isómero D y los que lo tienen a la izquierda, se denominan isómero L. Reciben el mismo nombre los isómeros que tienen los OH de sus carbonos asimétricos como si uno fuera la imagen en un espejo del otro. Su nomenclatura sólo se diferencia, por tanto, en la letra L o D que precede al nombre (D ribosa/ L ribosa; D xilosa/l xilosa, etc). Estos pares de isómeros tienen propiedades idénticas, excepto su actividad óptica: si el D es levógiro, el L será dextrógiro y viceversa. Obsérvese que nada tendrá que ver la denominación D o L con el hecho de ser dextrógiro o levógiro. En ocasiones coinciden, como es el caso de la D(+)glucosa / L(-)glucosa, mientras que, en otros casos, no, como la D(-)fructosa / L(+)fructosa.Entre todos los isómeros de posición, las formas D y L de cada compuesto reciben el nombre de isómeros ópticos o enantiómeros 8

3 PROPIEDADES QUÍMICAS: Los monosacáridos son compuestos reductores, esto significa que pueden oxidarse, perdiendo electrones o hidrógeno, que serán captados por otro compuesto, el cual quedará reducido. Los monosacáridos y la mayoría de los disacáridos pueden actuar como el compuesto AH 2 del ejemplo. Para comprobar el poder reductor que tienen los monosacáridos y algunos disacáridos, se utiliza el reactivo de Fehling. Este reactivo presenta un llamativo color azul, ya que contiene sulfato de cobre (CuSO 4 ). Cuando este compuesto se reduce, los iones Cu 2+ pasan a Cu +, los cuales forman óxido de cobre (Cu 2 O), compuesto insoluble, de color rojo ladrillo, que precipita. PRINCIPALES MONOSACÁRIDOS: Los monosacáridos más importantes son triosas (con 3 C), pentosas (con 5 C) y hexosas (con 6 C). D gliceraldehido L gliceraldehido Dihidroxiacetona TRIOSAS Su fórmula general es C 3 H 6 O 3. Hay dos tipos de triosas: Gliceraldehido: Es una aldotriosa. Su segundo átomo de carbono es asimétrico, es decir, tiene sus 4 valencias unidas a 4 radicales diferentes. Ello origina dos isómeros, que son isómeros ópticos. En este caso, el D gliceraldehido es dextrógiro (+) y, en consecuencia, su enantiómero el L gliceraldehido es levógiro. Este compuesto es de gran importancia como intermediario del metabolismo celular. Dihidroxiacetona: También es un importante intermediario en el metabolismo de la célula. Es el único monosacárido sin carbonos asimétricos, por lo que carece de actividad óptica. PENTOSAS Su fórmula general es C 5 H 10 O 5. Existen dos pentosas de gran interés: D Ribosa D 2-desoxirribosa D Ribulosa Ribosa: Es una aldopentosa. Forma parte del ácido ribonucleico (ARN). Un derivado de la ribosa es la 2-desoxirribosa (C 5 H 10 O 4 ), que forma parte del ácido desoxirribonucleico (ADN). Ribulosa: Es una cetopentosa, de gran importancia biológica, pues es la molécula que se une al CO 2 durante la fase biosintética de la fotosíntesis. 9

4 D Galactosa D Glucosa D Fructosa HEXOSAS Su fórmula general es C 6 H 12 O 6. biológico son: Las hexosas de mayor interés Glucosa: Es una aldohexosa. La D glucosa también recibe el nombre de dextrosa, puesto que es dextrógira. Es el combustible principal de las células. En la naturaleza se encuentra libre en algunas frutas maduras, como las uvas. Polimerizada da lugar a polisacáridos tan importantes como almidón, glucógeno y celulosa. También forma muchos disacáridos. Galactosa: Es también una aldohexosa. Se trata de un isómero de posición de la glucosa. Es poco abundante en forma libre en la naturaleza, pero se encuentra, unida a la glucosa, formando uno de los principales componentes de la leche, la lactosa. Fructosa: Como su nombre indica, abunda en las frutas. Unida a la glucosa, forma el disacárido sacarosa. CICLACIÓN DE LOS MONOSACÁRIDOS: A partir de 5 átomos de carbono, los monosacáridos, en disolución, tienden a presentar una forma cíclica. Cuando se conoce la fórmula lineal de un monosacárido, es sencillo formularlo cíclicamente, siguiendo una serie de pasos. Veamos cómo se ciclan una aldohexosa, la D glucosa y una cetohexosa, la D fructosa: 1. El ciclo se forma entre el grupo carbonilo y el penúltimo C de la cadena. 2. Si el ciclo consta de 5 carbonos y 1 oxígeno, es un ciclo hexagonal y recibe el nombre de piranósico. Éste es el caso de la glucosa. Si el ciclo consta de 4 carbonos y 1 oxígeno, es un ciclo pentagonal y recibe el nombre de furanósico, caso de la fructosa. 3. El último carbono de la cadena queda fuera del ciclo y, en las formas D, se sitúa hacia arriba, unido al penúltimo carbono. 10

5 4. Los OH de los C asimétricos que están a la derecha, se representan hacia abajo y los que están a la izquierda, hacia arriba. 5. La formación del ciclo ha dado lugar a un nuevo carbono asimétrico (el C del grupo carbonilo), que ahora recibe el nombre de carbono anomérico. Esto da lugar a dos nuevos isómeros: Isómero : el que tiene el OH hacia abajo e Isómero : el que tiene el OH hacia arriba. 6. Para nombrar las formas cíclicas, se utiliza el nombre del isómero, seguido del sufijo piranosa o furanosa, según el tipo de ciclo obtenido en la ciclación. Las fórmulas del apartado anterior se leen: D glucopiranosa D glucopiranosa D fructofuranosa D fructofuranosa 3.3. ENLACE GLUCOSÍDICO. DISACÁRIDOS Y POLISACÁRIDOS ENLACE GLUCOSÍDICO Se distinguen dos tipos de enlaces entre monosacáridos: O-glucosídico y N-glucosídico. Enlace O-glucosídico. se forma entre un grupo hidroxilo (-OH) del primer monosacárido y otro OH del segundo monosacárido, de modo que se desprende una molécula de agua y ambos monosacáridos quedan unidos por un átomo de oxígeno. Existen dos tipos de enlace O-glucosídico: Enlace monocarbonílico: Sólo interviene en el enlace un grupo carbonilo. En este caso, el OH del primer monosacárido pertenece al C anomérico, mientras que el OH del segundo monosacárido no pertenece al C anomérico. Ejemplos de este tipo de enlace los encontramos en disacáridos como maltosa, galactosa y lactosa (enlace 14) y polisacáridos como celulosa (enlace 14), almidón y glucógeno (enlaces 14 y 16). 11

6 Enlace dicarbonílico: Intervienen en el enlace dos grupos carbonilo. En este caso, tanto el OH del primer monosacárido, como el OH del segundo monosacárido pertenecen a los C anoméricos respectivos. Un ejemplo de este tipo de enlace lo encontramos en el disacárido sacarosa (enlace 12). Debido a que el poder reductor de un monosacárido reside en la capacidad del grupo carbonilo para oxidarse, los disacáridos que gastan sus dos carbonilos en el enlace, pierden dicho poder reductor. En consecuencia, la mayor parte de los disacáridos son reductores, mientras que la sacarosa no lo es. Enlace N-glucosídico. se establece entre un OH de un monosacárido y un compuesto aminado DISACÁRIDOS Son glúcidos formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico. Pertenecen a un grupo más amplio, el de los oligosacáridos, glúcidos formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos. Sus propiedades físicas son muy similares a las de los monosacáridos. Son sólidos, cristalinos, de color blanco y sabor dulce. Son solubles en agua. Los disacáridos de mayor interés biológico son: Maltosa: Formada por 2 moléculas de D glucopiranosa, unidas mediante enlace o- glucosídico (14). Se encuentra libre en la malta o grano germinado de cebada. Es el disacárido que se obtiene de la hidrólisis del almidón y del glucógeno. Lactosa: Formada por una molécula de D galactopiranosa unida a otra de D glucopiranosa, mediante enlace o-glucosídico (14). Se encuentra en la leche de los mamíferos. Celobiosa: Formada por 2 moléculas de D glucopiranosa, unidas mediante enlace O- glucosídico(14). No se encuentra libre en la naturaleza, se obtiene mediante hidrólisis de la celulosa. 12

7 Sacarosa: Formada por una molécula de D glucopiranosa y otra de D fructofuranosa, unidas mediante enlace O-glucosídico (12). Se encuentra en abundancia en la caña de azúcar y en la remolacha azucarera, de las que se extrae para su consumo en alimentación. Debido a su enlace dicarbonílico, es un disacárido no reductor, por lo que se puede diferenciar de otros disacáridos mediante el reactivo de Fehling, con el cual no reacciona POLISACÁRIDOS Son polímeros de más de 10 monosacáridos, unidos mediante enlace O-glucosídico. Cuando los monosacáridos que forman la molécula son todos iguales, el polisacárido formado se llama homopolisacárido. Cuando los monosacáridos que forman la molécula son distintos entre sí, es decir, de más de un tipo, el polisacárido formado se llama heteropolisacárido. Los polisacáridos no tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor. Su función biológica viene determinada por el tipo de enlace que se establece entre los monosacáridos formadores: Pueden servir como reserva energética los polisacáridos solubles en agua y fácilmente hidrolizables mediante enzimas. Estas características son propias de polisacáridos con enlaces tipo ; mientras que los que presentan enlaces tipo son insolubles y difícilmente hidrolizables, por ello tienen función estructural. Los polisacáridos más abundantes en la Naturaleza son el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina. Almidón: Es un homopolisacárido con función de reserva energética, característico de las células vegetales. En realidad, está formado por polímeros diferentes de glucosa, la amilosa y la amilopectina: La amilosa está formada por moléculas de glucosa unidas por enlace (14). La amilopectina está formada por glucosas unidas por enlaces (14) y ramificaciones (16), que se repiten cada 25 ó 30 glucosas. Ambos polisacáridos tienden a adquirir una estructura helicoidal. Glucógeno: Es un homopolisacárido con función de reserva energética que aparece en animales y hongos. Se acumula en los músculos y en el hígado. Su estructura es muy similar a la de la amilopectina, formado por glucosas unidas por enlaces (14) y ramificaciones (16). 13

8 Tanto el glucógeno, como el almidón, pueden ser hidrolizados hasta la obtención de moléculas de glucosa, mediante las siguientes enzimas: Amilasa: Hidroliza los enlaces (14) de forma alternada, de modo que la amilosa se transforma en numerosas moléculas de maltosa y la amilopectina da lugar a moléculas de maltosa y fragmentos no hidrolizados alrededor de las ramificaciones (16), que reciben el nombre de dextrinas límite. Dextrinasa o enzima R-desramificante: Hidroliza los enlaces (16) de las dextrinas límite. Maltasa: Hidroliza los enlaces (14) de las moléculas de maltosa obtenidas mediante las anteriores enzimas, dando como resultado 2 moléculas de glucosa por cada molécula de maltosa. Celulosa: Es un homopolisacárido formado por glucosas unidas por enlace (14). Es el principal componente estructural de las paredes celulares vegetales. Las cadenas de celulosa se unen entre sí, mediante puentes de Hidrógeno, formando fibras más complejas y más resistentes. Quitina: Es un homopolisacárido formado por la unión de monómeros de N-acetil-D-glucosaminas (NAGA). Con función estructural, se encuentra en exoesqueletos de artrópodos y paredes celulares de hongos, ya que ofrece gran resistencia y dureza HIDRÓLISIS DEL ALMIDÓN RESUMEN DE LAS FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LOS GLÚCIDOS Energética: Algunos glúcidos, como la glucosa, proporcionan energía de uso directo (unas 4,3 Kcal/g), mientras que otros, como el almidón y el glucógeno, constituyen una reserva energética, de modo que, a partir de ellos, mediante hidrólisis, se obtienen las moléculas de glucosa almacenadas. Estructural: Tienen esta función, a nivel celular y orgánico, la celulosa de los vegetales y la quitina de los artrópodos y hongos; mientras que, a nivel molecular, la ribosa forma parte de la estructura del ARN y la 2- desoxiribosa, de la del ADN. Otras funciones: Los oligosacáridos unidos a proteínas y lípidos de la cara externa de la membrana plasmática actúan como receptores y sirven para el reconocimiento celular. La estreptomicina es un antibiótico. Los anticuerpos son glucoproteínas con función defensiva. 14