Tema 3: GLÚCIDOS Departamento de Biología Concepto y clasificación. Los glúcidos biomoléculas constituidas por átomos de C, H y O. Excepcionalmente presentan N, S o P. Su fórmula empírica es: CnH2nOn. Químicamente los glúcidos son aldehídos y cetonas. 1. Monosacáridos (osas). Son los glúcidos más simples, formados por monómeros. 2. Ósidos. La unión de los monómeros da lugar a moléculas más complejas llamadas ósidos. 2.1 Holósidos: constituidos por únicamente por osas. Oligosacáridos: entre 2 y 10 monosacáridos. Ejemplo: lactosa. Polisacáridos: formados por múltiples unidades repetitivas de monosacáridos. Dos grupos: Homopolisacáridos: repetición de un único monómero. Ejemplo: almidón. Heteropolisacáridos: contienen más de un tipo de monómero. Ejemplo: heparina. 2.2. Heterósidos: son compuestos complejos que surgen de la combinación de un conjunto de monosacáridos con fracciones moleculares de naturaleza no glucídica. Glucolípidos. Glucoproteínas. 1. MONOSACÁRIDOS. Los monosacáridos son sólidos cristalinos, de colores blancos y solubles en agua. Todos ellos tienen carácter reductor, debido a la presencia de los grupos aldehídos o cetona, que pueden oxidarse a carboxilos. -Composición química. Los monosacáridos contienen entre tres y siete átomos de carbono (triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas). Según el grupo funcional principal, se clasifican en: Aldosas: Tienen un grupo aldehído en el C1, y un grupos hidroxilo en el resto de los carbonos. Cetosas: Tienen un grupo funcional cetona en el C2, y grupos hidroxilo en el resto de la cadena. - El gliceraldehído es una aldotriosa. - La dihidroxiacetona es una cetotriosa. http://www.ehu.es/biomoleculas/hc/sugar31c.htm 1
-Isomería. Isomería: característica de muchos compuestos que, siendo diferente, tienen la misma fórmula molecular. Tipos: 1. Isomería de función. La presentan los compuestos que, como las aldosas y las cetosas, poseen idéntica fórmula molecular pero son diferentes por tener grupos funcionales distintos. Ej: Gliceraldehido y dihidroxiacetona. 2. Estereoisomería. La presenta moléculas aparentemente iguales, pero con propiedades distintas, porque sus átomos tienen diferente disposición espacial. Se debe a la presencia de carbonos asimétricos (carbonos unidos a cuatro radicales diferentes entre sí). Enantiómeros. La posición de todos los OH de los carbonos asimétricos varía. Las moléculas son imágenes especulares entre sí. La forma D. El OH está la derecha del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo. La forma L. El OH está a la izquierda del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo. Diastereoisómeros: Presentan la misma forma D o L y no son imágenes especulares. Se llaman epímeros cuando se diferencian en la posición del grupo OH de un único carbono asimétrico. - Isomería óptica. Capacidad que poseen las moléculas que poseen carbonos asimétricos para desviar el plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución. Cuando la rotación es en el sentido de las agujas del reloj, los monosacáridos se denominan dextrógiros o (+). Cuando la rotación es contraria a las agujas del reloj, son levógiros (-). - Fórmulas lineales (proyecciones de Fischer). Los enlaces simples forman ángulos de 90. El grupo funcional principal se sitúa el en la parte superior, y los grupos hidroxilo a la derecha o la izquierda según su forma D o L. En la naturaleza suelen aparecer en forma D. - Fórmulas cíclicas (proyecciones de Haworth) Representan a los monosacáridos como estructuras cíclicas en un plano con los radicales de cada carbono en la parte superior e inferior de dicho plano. Formación lineal -OH a la derecha -OH a la izquierda formación cíclica -OH abajo -OH arriba http://www.ehu.es/biomoleculas/hc/sugar31c.htm 2
-Enlace hemiacetálico. La formación del ciclo se realiza mediante un enlace hemiacetálico que supone un enlace covalente entre el grupo aldehídos y un alcohol (aldosas), o un enlace hemiacetálico entre el grupo cetona y un alcohol (cetosas). No varía el número de átomos de la molécula, simplemente se reorganizan. - El ciclo resultante puede tener: Forma pentagonal: furanosas. Forma hexagonal: piranosas. - El carbono del grupo aldehído o cetona en forma cíclica se denomina carbono anomérico. -Anomería (isomería cíclica). Estereoisomería que depende de la posición del grupo OH unido al carbono anomérico. Forma alfa (Configuración Trans): el -OH del carbono anomérico queda bajo el plano. Forma beta (Configuración Cis): el OH del carbono anomérico queda sobre el plano. http://www.ehu.es/biomoleculas/hc/sugar31c.htm - Importancia biológica de los monosacáridos. Triosas. Ejemplos: gliceraldehído, dihidroxiacetona (glucólisis). Tetrosas. Ejemplo: eritrosa, intermediario en procesos de nutrición autótrofa. Pentosas. Ribosa. Componente estructural del ATP, y ARN. Xilosa. Presenta la madera. Arabinosa. Presente en la goma arábiga. Ribulosa. Intermediario activó en la fijación del CO2 atmosférico. Hexosas. Glucosa. Principal nutriente de los seres vivos. Se degrada total o parcialmente en el citoplasma celular para obtener energía. Galactosas. Forma parte de lactosa (disacárido de la leche), de polisacáridos complejos y de heterósidos. Manosa. Presente en bacterias, levaduras, algas, hongos y en animales forma parte de la estreptomicina, sustancia con actividad antibiótica. Fructosa. Se encuentra en las frutas. Además está presente en el líquido seminal y sirve de nutriente a los espermatozoides. 3
Departamento de Biología - Derivados de monosacáridos. Los monosacáridos pueden sufrir cambios en su estructura química, dando lugar a moléculas de interés biológico: Fosfatos de azúcar: Monosacáridos unidos a un grupo fosfato por un enlace de tipo éster. Aparecen en el citoplasma de todas las células y son intermediarios en el metabolismo de los glúcidos. Ejemplo: Fructosa-6-P (glucólisis). Desoxiazúcares. Pierden un grupo hidroxilo. Ejemplo: 2-desoxirribosa, presente en el ADN. Polialcoholes. Transforman su grupo aldehído o cetona en un grupo alcohólico. Ejemplos: glicerol (derivado del gliceraldehído), glucitol (derivado de la glucosa). Azúcares ácidos. Los ácidos urónicos se obtienen por oxidación del OH del C6. Ejemplo: Ácido glucurónico presente en el tejido conjuntivo, ácido ascórbico (vitamina C). Aminoazúcares. Función estructural. Ejemplos: D-glucosamina (forma parte del cartílago), ácido N-acetilmurámico (pared celular bacteriana), N-acetilglucosamina (presente en la quitina del exoesqueleto de artrópodos). 2. ÓSIDOS 2.1. HOLÓSIDOS A. OLIGOSACÁRIDOS Formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos unidos mediante un enlace O-glucosídico. El enlace O-glucosídico. Se establece entre dos grupos hidroxilo (OH) de diferentes monosacáridos. Se denomina síntesis por deshidratación debido a la liberación de una molécula de agua. Si en el enlace intervienen el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo alcohol del segundo monosacáridos, se establece un enlace monocarbonílico. http://sapiens.ya.com/bio_ic_barca/ah_glucidos/informacion.htm Si intervienen los grupos hidroxilo de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, será un enlace dicarbonilico. http://www.um.es/molecula/gluci04.htm 4
- Disacáridos. Se forman por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico que, además, puede ser alfa o beta en función de la posición del -OH del carbono anomérico del primer monosacárido. Maltosa: Formada por la unión de dos moléculas de α-d-glucosas unidas por un enlace monocarbonílico α (1 4). Es un producto de la hidrólisis del almidón o del glucógeno. Posee carácter reductor. Lactosa: Formada por la unión de galactosa y glucosa unidas por un enlace monocarbonílico β (1 4). Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Posee carácter reductor. Sacarosa: Formada por la unión de glucosa y fructosa unidas por un enlace dicarbonílico α (1 2). Se extrae de la caña de azúcar y la remolacha. Es el azúcar de consumo habitual. Función de reserva de energía rápida. No contiene carácter reductor. Celobiosa: función estructural. Formada por la unión de dos moléculas de β-d-glucosas unidas por un enlace monocarbonílico β (1 4). Resulta de la hidrólisis de la celulosa. B. POLISACÁRIDOS Polímeros constituidos por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos, que origina largas cadenas moleculares. Pueden contener enlaces glucosídico tipo alfa o beta. Los enlaces alfa son más débiles y se encuentran en los polisacáridos con función de reserva, como el almidón. El enlace beta es mucho más resistente, por lo que es característico de polisacáridos con función estructural, como la celulosa. Carecen de sabor dulce y no tienen poder reductor. B.1. Homopolisacáridos -Homopolisacáridos estructurales. Celulosa. Es un polímero lineal de moléculas de β-d-glucosa con enlaces β (1 4), que permiten un giro de 180 o de cada molécula de glucosa respecto a sus vecinas. Entre las moléculas de la glucosa de una misma cadena se establecen enlaces de hidrógeno intracatenarios, lo que confiere una gran resistencia. - La unión de 60-70 cadenas de celulosa forma una micela de celulosa. - La asociación de 20-30 micelas da lugar a una microfibrilla que se puede unir con otras para originar fibras, y constituyen el entramado esencial de la pared celular vegetal. La celulosa sólo puede ser hidrolizada por celulasas, producidas por microorganismos (bacterias de la flora intestinal de herbívoros, protozoos del intestino de termitas). Quitina. Es un polímero lineal con enlaces β (1 4). Forma parte del exoesqueleto de artrópodos y las paredes celulares de los hongos. Su estructura es similar a la de la celulosa, y, como ella forma capas alternas que confieren gran resistencia y dureza. 5
-Homopolisacáridos de reserva. Los principales están formados mayoritariamente por glucosa y se almacenan en gránulos insolubles en el citoplasma celular. Almidón. Se encuentra en los plastos de las células vegetales, tubérculos o raíces y semillas. Formado por - Amilosa: cadenas de D-glucosa no ramificadas unidas mediante enlaces α (1 4). - Amilopectina: Esqueleto de monómeros de D-glucosa unidas mediante enlaces α (1 4) y puntos de ramificaciones con enlaces α (1 6). Se hidroliza mediante amilasas (sintetizadas en la mayor parte de los organismos), dando lugar a glucosa, maltosa y los fragmentos de las ramificaciones de los enlaces α (1 6). α amilasa: hidroliza al azar los enlaces α (1 4) de las cadenas de amilosa y amilopectina, liberando glucosa y maltosa. β amilasa: hidroliza extremos no reductores, dando lugar a moléculas de maltosa. Estas enzimas no hidrolizan maltosa, sino que se necesitan enzimas especiales para poder degradarla. Enzimas desramificadoras: hidrolizan el enlace α (1 6). Enzimas digestivas: Degradan totalmente la D-glucosa. Glucógeno. Reserva de las células animales. Sus ramificaciones son frecuentes y cortas. Se almacena en el hígado y en el músculo esquelético. Se hidroliza fácilmente para dar glucosa. B.2. Heteropolisacáridos. Contienen más de un tipo de monosacárido. Pectinas. Proceden de un derivado de la lactosa, cuyos monómeros se unen mediante enlaces α (1 4). Presenta otros monosacáridos intercalados, de los que surgen ramificaciones. Se encuentran en la pared celular de las células vegetales, donde forman una matriz en la que se disponen las fibras de celulosa. Hemicelulosa. Formada por un solo tipo de monosacáridos unidos mediante enlaces β (1 4) que forman una cadena lineal de la que salen ramificaciones formadas por diferentes monosacáridos. Aparecen en paredes celulares vegetales, recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y anclándolas a la matriz de pectinas. Agar-agar. Polímero de D y L-galactosa. Se extrae de algas rojas. Actúa como espesante de líquidos y sirve para elaborar medios de cultivo. Peptidoglucanos (mureína). Polímeros de ácido N-acetilmurámico (NAM) y N-acetilglucosamina (NAG) unidos mediante enlaces β (1 4). A la cadena principal se unen aminoácidos. Forman parte de paredes bacterianas, protegiendo a las bacterias de deformación o destrucció celular en condiciones desfavorables de presión osmótica. Glucosaminoglucanos. Polímeros lineales de NAG y ácido glucurónico. Se encuentran en la matriz extracelular de los tejidos conectivos, en forma de gel. Ejemplos: ácido hialurónico (tejido conjuntivo, humor vítreo, líquido sinovial), heparina (sustancia anticoagulante de pulmón, hígado, piel). 6
2.2. HETERÓSIDOS. Departamento de Biología Formados por un glúcido unido a una molécula no glucídica llamada aglucón. Glucolípidos. El aglucón es la ceramida. - Cerebrósidos: Contienen glucosa o galactosa. - Gangliósidos: Con un oligosacárido ramificado. Los glucolípidos son moléculas de membrana presentes en la superficie externa de las células del tejido nervioso. Intervienen en el reconocimiento celular. Algunos virus y bacterias se unen a ellos antes de infectar a las células. Glucoproteínas. El aglucón es una molécula de naturaleza proteica. - Inmunoglobulinas - Hormona luteinizante (LH): Ovulación en hembras. - Hormona folículoestimulante (FSH): Estimula la secreción de folículos en el ovario. - Glucoproteínas de superficie externa de membranas: Actúan como receptores de mensajeros químicos y microorganismos infecciosos, en procesos de reconocimiento celular (transplantes). 7