HIDRATOS DE CARBONO 1. MONOSACÁRIDOS

Transcripción

1 HIDRATOS DE CARBONO Los hidratos de carbono o glúcidos son moléculas que contienen un grupo aldehído o un grupo cetona; y varios grupos oxhidrilo; es decir, son polialcoholes. Podemos deducir entonces, que son moléculas solubles en agua, ya que todos estos grupos funcionales permiten hacer enlaces puente hidrógeno con ella, tal como ocurre cuando arrojamos azúcar al agua. 1. MONOSACÁRIDOS Los hidratos de carbono más simples se denominan monosacáridos, y presentan, en general, de tres a siete átomos de carbono. Cuando tienen un grupo aldehído se denominan aldosas; y si presentan cetona, cetosas. Los monosacáridos con tres átomos de carbono se llaman triosas; con cuatro, tetrosas; con cinco, pentosas; con seis, hexosas, y así sucesivamente. Los monosacáridos en los que haremos mayor énfasis serán ciertas pentosas y hexosas. Dentro de las hexosas, mencionaremos a la glucosa, la fructosa y la galactosa; cuya principal función biológica es suministrar energía a los seres vivos. Estas moléculas se incorporan a través de alimento, luego de atravesar el tubo digestivo pasan a la sangre, y finalmente a las células, donde son degradadas para obtener energía. No son las únicas moléculas que suministran energía, pero la energía que aportan puede usarse rápidamente. Por ejemplo, es preferible que un deportista, antes de iniciar la actividad, consuma alimentos con hidratos de carbono en lugar de grasas, ya que podrá utilizar su energía mucho más rápido. Por último, dentro del grupo de las pentosas mencionaremos a la ribosa y a la desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleicos, como se verá en el capítulo correspondiente a estas biomoléculas. Figura 1. Tres monosacáridos: glucosa (una aldosa de 6 carbonos), fructosa (una cetosa de 6 carbonos) y ribosa (una aldosa de 5 carbonos)

2 1.1 Estructura espacial. Existen dos maneras de representar la fórmula desarrollada de los monosacáridos: la forma lineal y la anillada. Esta última es la que se encuentra en solución, y en las células. El anillo se forma cuando el carbono que tiene el grupo aldehído (o el grupo cetona) se une con otro carbono de la cadena; como se muestra en la figura siguiente. Los carbonos de los monosacáridos se numeran, correspondiendo el carbono 1 al carbono que presenta el grupo aldehido, o si es una cetona, al carbono del extremo más cercano a la cetona. La figura 2 muestar el paso de la glucosa de la forma lineal a la anillada, donde el carbono 1 se une al carbono 5 a través de un oxígeno. Los oxhidrilos que en la molécula lineal miran hacia la derecha, en el anillo lo hacen hacia abajo. Figura 2. Molécula de glucosa lineal que pasa a la forma anillada. Los carbonos marcados con el círculo negro son los que se unirán al formarse el anillo. Figura 3. Fructosa y ribosa en forma anillada

3 2. OLIGOSACÁRIDOS Los monómeros como la glucosa, la fructosa o la galactosa, pueden unirse entre sí mediante uniones covalentes. Cuando se unen dos monosacáridos, la molécula resultante se denomina disacárido; tres, trisacárido, y así sucesivamente. Si lo hacen en un número mayor -aproximadamente hasta diez- tenemos un oligosacárido ( oligo significa pocos). El mecanismo por el cual se unen químicamente dos monosacáridos se denomina condensación (en el cual se forma una molécula de agua) y el tipo de enlace se llama glucosídico. Por otra parte, las uniones entre los monómeros también pueden romperse quedando las moléculas libres, mecanismo llamado hidrólisis. Hidrólisis significa ruptura por el agua, puesto que en el proceso de separación requiere la intervención de una molécula de agua. Figura 4. Formación del enlace glucosídico entre dos moléculas de glucosa, y la formación del disacárico maltosa. La reacción inversa sería una hidrólisis, en la cual obtendríamos monómeros libres. En los alimentos con gusto dulce, los azúcares se encuentran como disacáridos. El azúcar de mesa, proveniente de la caña de azúcar, es un disacárido llamado sacarosa, compuesto por una glucosa y una fructosa. El azúcar de la leche, la lactosa, está formada por una glucosa y una galactosa; en tanto que el azúcar de

4 malta, por dos glucosas. Cuando un individuo consume estos disacáridos, las moléculas se hidrolizan en el tubo digestivo, luego los monosacáridos pasan a la sangre, y de ahí a las células, donde son degradadas para la obtención de energía. Figura 5. Dos disacáridos. Arriba, molécula de sacarosa, el azúcar de mesa, formada por una glucosa y una fructosa. Abajo, lactosa, el azúcar presenta en la leche, compuesta por una galactosa y una glucosa Los oligosacáridos también se encuentran en las membranas celulares, unidos a proteínas o a lípidos, y consisten en cortas cadenas ramificadas formadas por distintos tipos de monosacáridos, cuya función es participar en la comunicación entre las células. Las células se comunican entre sí liberando sustancias químicas a modo de mensajes. Para que el mensaje sea recibido por otra célula, esta debe ser capaz de captar esta sustancia a través de moléculas receptoras. En este proceso de reconocimiento es donde participan los oligosacáridos. Figura 6. Oligosacárido con siete monómeos unidos por enlaces glucosídicos

5 3. POLÍSACÁRIDOS 3.1 Monómeros y polímeros Una cadena de monosacáridos formada ya no por pocas moléculas, sino por cientos o miles de ellas, no es un oligosacárido, sino un polisacárido. Antes de describir los polisacáridos, nos detendremos brevemente en los conceptos de monómeno y polímero, puesto que también se mencionarán en los otros tipos de biomoléculas. Un polímero es una macromolécula formada por varias moléculas del mismo tipo, unidas una tras otra formando una cadena; como las cuentas de un collar. Los monosacáridos no son las únicas moléculas que pueden formar cadenas, también lo hacen otras moléculas, como los aminoácidos que forman las proteínas, y los nucleótidos que forman ácidos nucleicos. En todos los casos, independientemente del tipo de biomolécula, cada unidad que forma la cadena es un monómero, y la cadena completa es un polímero. Figura 7. Polímero y monómeros En el caso de los hidratos de carbono, los monómeros son monosacáridos, y el polímero, un polisacárido. Estas largas cadenas de monosacáridos pueden ser lineales o ramificadas. Nosotros describiremos cuatro polisacáridos: el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina. Los tres primeros tienen en común que están formadas por moléculas de glucosa, no obstante, difieren en la forma en que se unen estos monómeros, en su estructura espacial, en su función, y en los organismos donde se encuentran. 3.2 Almidón y glucógeno. Como se dijo anteriormente, los seres vivos utilizan monosacáridos (como la glucosa) para degradarlos y obtener energía. Ahora bien, cuando un ser vivo contiene más glucosas de las que utiliza para obtener energía, las almacena para el futuro. La forma de hacerlo es uniéndolas entre sí formando polímeros. El polímero fabricado por las plantas se llama almidón, que en realidad, está formado

6 por dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina; que se almacenan en unas estructuras celulares llamadas amiloplastos. La papa, por ejemplo, es un tallo subterráneo con gran cantidad de almidón como reserva; de ahí que una papa puede estar enterrada durante mucho tiempo (o bien, guardada en la cocina) hasta que se dan las condiciones adecuadas, entonces la papa brota y la planta se desarrolla. Lo mismo ocurre con los bulbos que permanecen enterrados durante el invierno, y luego brotan al llegar la primavera. En los animales, el polímero fabricado es el glucógeno, que se almacena en las células del hígado y los músculos. Tanto en el almidón como en el glucógeno, cuando el individuo necesita energía, las glucosas se separan entre sí (se hidrolizan) y los monosacáridos libres están disponibles para ser utilizados por las células del individuo. Químicamente, la amilosa y la amilopectina del almidón, así como el glucógeno de los animales, están formados por la misma molécula: la glucosa. Difieren entre sí por la forma en que se unen los monosacáridos, ya que en química, las propiedades de una molécula no depende solamente de los átomos que la componen, sino también de la forma en que estos se unen entre sí. En la figura 9 se muestra un esquema de la amilosa y la amilopectina. La primera es lineal, pero en el espacio adopta una forma helicoidal; en tanto que la amilopectina es ramificada, pues se observa que de una cadena lineal, sale otra cadena del mismo tipo. El glucógeno también es ramificado, pero no por eso es igual a la amilopectina, ya que presenta mayor número de ramificaciones. Figura 9. Amilosa (lineal con forma helicoidal), amilopectina (ramificado)

7 Figura 10. Glucógeno 3.3 Celulosa. Este polisacárido también está formado por glucosas, y es lineal. No obstante, no tiene las mismas propiedades que la amilosa. Esto se debe a que las uniones entre los monómeros no son iguales, aunque el resultado sea una molécula lineal. Los diferentes tipos de unión que se dan entre los monómeros en la amilosa y la celulosa, tienen consecuencias en la digestión de estos polisacáridos por parte de los humanos. Cuando una persona ingiere polisacáridos, sus enzimas del tubo digestivo rompe los enlaces glucosídicos dando monosacáridos libres que pasan a la sangre y luego a las células. Pero esto no ocurre con la celulosa, porque el hombre no tiene enzimas capaces de romper sus enlaces. Esto significa que la celulosa no es un alimento para el hombre, pero sí para otros animales que sean capaces de digerirla, como los herbívoros. En cuanto a la función, la celulosa es un polisacárido estructural, ya que forma parte de las paredes de las células vegetales. Las células vegetales fabrican celulosa (entre otros polisacáridos) que forman haces, y estos se unen en fibras que, a su vez, forman un entramado a modo de pared por fuera de la membrana plasmática. Esta pared proporciona protección mecánica y sostén a la célula. En las plantas leñosas, las moléculas de celulosa junto con otros polisacáridos, forman la corteza. La celulosa es el polisacárido más abundante del planeta, aproximadamente un 50% de la madera está formada por esta macromolécula.

8 Figura 11. Los polímeros de celulosa forman haces de fibras que, a su vez, forman un entramado a modo de red. Junto con otras moléculas, constituyen la pared celular de las células vegetales. 3.4 Quitina. La quitina es un polisacárido lineal formado por monómeros de N-acetilglucosamina, que no es mas que una molécula de glucosa modificada. La quitina también tiene una función estructural, ya que forma parte del exoesqueleto de los insectos y de la pared celular de los hongos. Figura 12. La quitina es un polisacárido lineal de moléculas derivadas de la glucosa, que forma parte del exoesqueleto de los insectos