Tema 2

LOS GLÚCIDOS

1.- Definición, función y clasificación.-

Según la Comisión Internacional de Nomenclatura Bioquímica los glúcidos se definen como el grupo de sustancias que comprenden los azúcares reductores y no hidrolizables, y todas aquellas que por hidrólisis dan una o más de estos azúcares reductores

Están compuestos de C, H y O, muchas veces en la proporción 1:2:1, por lo que su fórmula general se puede expresar como (CH2O)n , ya que el H y el O entran en la misma proporción que en el agua se les llama “hidratos de carbono”, nombre poco afortunado pues hay sustancias como el ácido láctico (C3H6O3) que presentan tal proporción y no son glúcidos, mientras otros no presentan dicha proporción y son verdaderos glúcidos.

Funcionalmente son sustancias básicamente energéticas, aunque algunas desempeñan funciones estructurales (celulosa, quitina...) Por otra parte los más sencillos son importantes metabolitos del metabolismo intermedio.

Su clasificación puede establecerse del modo siguiente:

Osas o monosacáridos. Son los azúcares sencillos, los no hidrolizables

Ósidos. Son los que por hidrólisis dan uno o más tipos de monosacáridos

2.- Los monosacáridos u osas.-

Son “hidratos de carbono” reductores, no hidrolizables, es decir, que constituyen los monómeros de los demás glúcidos.

Desde un punto de vista químico se consideran sustancias resultantes de sustituir en un polialcohol un grupo alcohol por un grupo carbonilo (aldehído o cetona).

Tienen carácter reductor debido a que su grupo funcional carbonilo puede oxidarse a grupo carboxilo (grupo ácido), circunstancia que puede ponerse de manifiesto por la reacción de Fehling.

Como propiedades físicas se pueden mencionar su color blanco, su solubilidad en agua y el que sean cristalizables, todas ellas propiedades fácilmente explicables. El mayor o menor poder edulcorante de algunos no se sabe dónde reside.

Su estructura, en estado cristalino es lineal y sin ramificar, con un número de carbonos variable entre 3 y 8. Todos los carbonos excepto uno presentan la función hidroxilo; el C que no la tiene es el carbono carbonilo. Algunos monosacáridos no cumplen todas las condiciones y

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se les llama “azúcares anormales”

Para nombrarlos se utilizan nombres convencionales acabados en el sufijo “-osa”( aunque existe una nomenclatura sistemática poco utilizada). Según el carbonilo sea aldehído o cetona se distinguen dos grandes grupos “Aldosas” y “Cetosas” 1. Según el número de átomos de carbono que presenta la molécula se divide, cada uno de los grupos en aldotriosa (si es un aldosa de tres átomos de C), aldotetrosa (si es un aldosa de cuatro átomos de C), aldopentosa... o bien cetotriosa, cetotetrosa, cetopentosa...etc

Siguiendo estas normas estructurales podemos comprobar las existencia de una serie de “isómeros espaciales” o “estereoisómeros” que únicamente difieren de en la posición relativa de los grupos -OH. Por ejemplo una aldotetrosa se puede expresar de cuatro formas diferentes que constituyen cuatro isómeros con distintas propiedades físicas. Por convenio, aquellos cuyo penúltimo C tiene el -OH a la derecha se dice que presentan “estructura D”2. Aquellos que lo tienen a la izquierda se dice que son de “estructura L”.

Los monosacáridos más sencillos son los de tres átomos de C: el gliceraldehído y la dihidroxicetona . Del grliceraldehído existen dos estereoisómeros, el D-gliceraldehído y el L-gliceraldehído; sin embargo la hidroxicetona no tiene isómeros espaciales.

La estructura D con respecto a la L, o viceversa, que son imágenes especulares, se dice que son “estructuras enantiomorfas”. Son, pues, enantiomorfos, la D-ribosa y la L-ribosa, o la D-eritrulosa y la L-eritrulosa

Cuando dos monosacáridos difieren en la posición de un -OH se dice que son “epímeros”: la D-eritrulosa y la L-eritrulosa, además de ser enantiomorfos, son epímeros.

El estudio de estas moléculas bajo el polarímetro nos muestra que, excepto la dihidroxicetona, todas ellas presentan “actividad óptica”. Este hecho es presumible al observar que poseen carbonos asimétricos; por ello, además de estereoisómeros, se presentan isómeros ópticos. Se denomina dextrogiro aquel compuesto que desvía el plano depolarizaciópn de la luz hacia laderecha; tal fenómeno se representa por (+). En caso de que gire el plano de polarización hacia la izquierda se le llama levogiro y tal condición se represneta por (-). Si una forma enantiomorfa hace girar el plano de la luz polarizada a la derecha, la otra lo gira el mismo númerode grados pero hacia la izquierda.

Debe quedar bien claro que no hay relación entre la notación D- o L- con el tipo de desviación que imprime a la luz polarizada. Dicho de otra manera, un a forma D- puede dextrogira o levogira; lo mismo ocurre con las forma L-.

Fisher observó que la glucosa y los demás monosacáridos no se comportaban como aldehidos o cetonas sencillos. Así por ejemplo, al intentar preparar un acetal metílico mediante la

1Se puede poner de manifiesto por la reacción de Seliwanof (coloración con resorcina)

2 Se toma como C1 el carbonilo en las aldosas y el más próximo al carbonilo en las cetosas

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reacción normal

METANOL + ClH + ALDEHIDO no obtenía, como cabría esperar, -CH(-OCH3)2 , si empleaba la glucosa como aldehído...En este caso el producto obtenido contenía un único -OCH3. Fisher concluyó, correctamente, que se había formado un hemiacetal cíclico. Esto fue la base para demostrar que cuando los monosacáridos se encuentran en disolución acuosa, se tautomerizan, para adquirir una estructura cíclica, existiendo en dicha disolución ambas formas tautómeras, la lineal y la cíclica. Esta ciclación es debida, como se ha dicho, a la formación de un hemiacetal intramolecular por interacción del carbonilo con un C hidroxílico de la misma molécula.

La formación del hemiacetal provoca la aparición de un nuevo C asimétrico (el C1), por lo que pueden aparecer dos nuevos epímeros. Estos dos nuevos epímeros, por presentar la epimería en el C1 se les llama anómeros (al C1 se le conoce con el nombre de “centro anomérico”). Al anómero que tiene el -OH a la derecha se le denomina α, y al que lo tiene a la izquierda se le denomina β .

Solamente aquellos monosacáridos que tienen 5 o más átomos de C pueden formar anillos estables y existir, por tanto, en formas anoméricas

Estas estructuras cíclicas se presentan mediante la fórmulas de proyección de Fisher (las anteriores son un ejemplo) o, más habitualmente, por las fórmulas de proyección de Haworth3. Para escribir las fórmulas de Haworth se siguen las reglas siguientes:

A) Se escribe un hexágono o un pentágono según se trate de una aldohexosa o de una cetohexosa. En el caso de que se trate de una aldopentosa se escribe también un pentágono. Los vértices de dichos polígonos están ocupados por los C, salvo uno que está ocupado por el O.

B) Los enlaces que van hacia arriba y los que están en la parte delantera se escriben con trazo grueso

C) Los -OH que se hallan a la derecha en la la fórmula de Fisher se escriben, en la de Haworth hacia abajo. El O que forma el puente de se escribe hacia atrás.

D) El C5 en las hexosas (ó el C4 en las pentosas) tienen un -H, que si está a la izquierda se escribe hacia abajo.

Las moléculas que adquieren un anillo pentagonal se denominan furanósicas, por su parecido con el “furano”; las que presentan el anillo hexagonal se denominan piranósicas por su semejanza con el “pirano”..

Para nombrar los monosacáridos en forma cíclica se ponen las letras α ó β que indican el tipo de anómero, seguida de las letras D ó L que indica la serie y a continuación se pone el nombre del monosacárico acabado en el sufijo -piranosa ó -furanosasegún sea un anillo hexagonal o pentagonal. Por ejemplo, para la D-glucosa existen dos posibilidades: α-D-

3 Quizá sea el momento de hacer justicia a Tollens que en 1.883 había propuesto fórmulas cíclicas para explicar las normalidades que había observado en la glucosa y fructosa

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glucopiranosa y la β-D-glucopiranosa; para la D-frutosa existirían la α -D-fructofuranosa y la β-D-fructofuranosa.

En las moléculas piranósicas se presenta una nueva isomería, la cis-trans, efectivamente pueden existir las formas “bote” y “silla”

Si se disuelve α-D-glucosa en agua, su poder rotatorio, inmediatamente después de hacer la disolución, es de +112º, sin embargo varía con el tiempo, estabilizándose cuando se alcanza un valor final de +52º. Si se repite el experimento con pero con la β-D-glucosa, al principio +19º,pero posteriormente se estabiliza a +52º. Este fenómeno se llama “mutarrotación” y se explica por el hecho de que ambos anómeros transforman espontáneamente el uno en el otro hasta alcanzar una mezcla equilibrada.

2.1.- Azúcares anormales.-

Existen monosacáridos cuya estructura se aparta de la norma general, pudiendo ser considerados como anómalos. Los más comunes son:

A) Ácidos urónicos Son aquellos que tienen en su carbono terminal un grupo -COOH. Se les nombra con la palabra ácido seguida del nombre del monosacárido acabado en el sufijo - urónico; por ejemplo ácido glucurónico

B) Aminoazúcares . En un C existe una función -NH2 en lugar de un -OH. Son destacables la glucosamina, que es el principal componente de la quitina y forma parte del antibiótico estreptomicina y del ácido N-acetil-murámicoque se encuentra en la pared bacteriana, y la galactosamina que es un componente del cartílago.

C) Desoxiazúcares . Son aquellos en los que algún C no tiene grupo -OH, ya que en su lugar hauy un -H. La más importante desde el punto de vista biológico sin duda es la desoxirribosa que forma parte de los DNA.

D) Polialcoholes . Aunque no pueden considerarse glúcidos están muy próximos estructuralemente a ellos ya que se obtienen por reducción del grupo aldehido o cetona. Los más importantes son el sorbitol, el manitol, el glicerol (o glicerina) y un polialcohol cíclico, el inositol.

Muy próximo también a los azúcares se encuentra el ácido ascorbico o vitamina C. Son notables, y muy importantes en el metabolismo, los derivados fosfatados de los monosacáridos obtenidos por esterificación de un grupo alcohol con ácido fosfórico (por ejemplo, la 6-glucosa-fosfato).

3.- El enlace glicosídico. Los oligosacáridos.-

Los monosacáridos pueden establecer enlaces entre sí para constituir los aligosacáridos y los

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polisacáridos. El enlace que se establece entre los monosacáridos recibe el nombre de enlace glicosídido. Este enlace consiste en la formación de un acetal entre el carbono carbonílico de un monosacárido hemiacetálico y un C hidroxílico de otro monosacárido, con pérdida de una molécula de agua.

Los enlaces glicosídicos pueden ser:

A) Monocarbonílico. Si el enlace se realiza entre un C anomérico y otro no anomérico. Si el primero es un carbono α se dice que el enlace es monocarbonílico tipo α, y β si ésta es la configuración del monosacárido que aporta el C anomérico.

B) Dicarbonílico. Si en el enlace intervienen los carbonos anoéricos de ambos monosacáridos. Todos los azúcares que presentan enlace dicarbonílicos han perdido su carácter reductor ya que éste reside en el C anomérico que es susceptible de oxidarse a ácido. Por ello estos azúcares dan reacción de Fehling negativa

Los oligasacáridos son suseptibles de dar por hidrólisis varias moléculas de monosacáridos, las cuales se encuentran unidas por enlaces glicosídicos. Si dan dos monosacáridos se llaman “disacáridos”, si dan tres “trisacáridos”, etc...

Los disacáridos más frecuentes son

Lactosa (galactosa + glucosa enlace monocarbonílico 1-4 tipo)Sacarosa ( glucosa + fructosa, enlace dicarbonílico)Trehalosa ( glucosa + glucosa, enlace dicarbonílico)Celobiosa ( glucosa + glucosa, enlace nonocarbonílico)Maltosa ( glucosa + glucosa, enlace monocarbonílico 1-4)Isomaltosa (como la maltosa pero con enlace 1-6)

Para nombrar los disacáridos se utilizan los sufijos -osil, -osa, y -ósido que indican el tipo de unión existente entre ambos azúcares:

•El sufijo -osil se emplea para designar el monosacárido unido por el C hemiacetálico (ejemplo, α-D-glucopiranosil)

•El sufijo -osa, cuando el segundo azúcar que se une lo hace por cualquier grupo alcohol (ejemplo, α-D-glucopiranosa)

•El sifijo -ósido cuando el segundo azúcar se une también por el -OH hemiacetálico, estableciéndose un enlace dicarbonílico)

• Además hay que indicar los números de los carbonos entre los que se establece el enlace.

De acuerdo con estos criterios la Sacarosa sería el α-D- glucopiranosil-β fructofuranósido . La Maltosa sería la α-D - glucopiranosil (1-4) α-D-glucopiranosa .

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Otros oligosacáridos importantes son los trisacáridos. El trisacárido más destacado es la rafinosa (Galactosa- Glucosa-Fructosa). Además de éste cabe destacar una serie de oligosacáridos que poseen actividad antibiótica como la estreptomicina, la neomicina, la kanamicina, la puromicina y la adriamicina.4.- Los polisacáridos

Los monosacáridos pueden formar estructuras de alto peso molecular. Si en la formación de estas estructuras sólo intervienen los monosacáridos a las sustancias resusltantes se les llama holósidos; si, por el contrario, además de monosacáridos intervienen sustancias no glucídicas, las estructuras resultantes son heterósidos.

Son holósidos los disacáridos, trisacáridos, etc, pues por hidrólisis sólo dan lugar a monosacáridos. Cuando el número de moléculas de monosacárido(s) que forman la molécula es muy elevado se habla de “polisacáridos” (la celulosa del alga Valonia contiene hasta 26.000 unidades de monosacáridos) .

Los polisacáridos son insolubles en el agua o bien forman dispersiones coloidales. Se encuentran distribuidos en la mayoría de los organismos donde cumplen, generalmente, funciones de reserva energética o estructural. No presentan carácter reductor, pues la mayoría de los grupos -OH hemiacetálicos están formando enlaces O-glucosídicos. Existen dos clases de polisacáridos: los homopolisacáridos y los heteropolisacáridos

4.1.- Los homopolisacáridos.-

Son aquellos que por hidrólisis sólo dan un tipo de monosacáridos (Se forman por polimerización de un solo tipo de monosacárido). Unos poseen función estructural y otros energética. Normalmente los primeros tienen enlaces y los segundos tipo . Aunque existen polímeros de pentosas llamados pentosanas como las xilanas y arabanas, los de mayor interés son los polímeros de hexosas o hexosanas. De entre ellos se encuentran:

a) Almidón. Es un homopolisacárido de reserva de los vegetales formado por muchas moléculas de α-D-glucosa, unidas por enlaces 1-4 y 1-6. Aparece al m.o. en forma de granos, a veces de capas concéntricas. Los almidones naturales están formados por la mezcla de dos componentes, la “amilosa” y la “amilopectina”. La primera es una molécula helicoidal (con seis restos de glucosa por vuelta) sin ramificar (produce maltosa por hidrólisis parcial); la segunda es ramificada mediante enlaces 1-6 (pues da maltosa e isomaltosa). Ambos componentes son hidrolizado por la “amilasas”

b) Glucógeno.

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Es típico del reino animal , se localiza en el hígado y el músculo estriado. Es muy parecido a la amilopectina pero con mayor número de ramificaciones (que se producen aproximadamente cada 8 moléculas de glucosa).

c) Dextranos. Se encuentran en hongos y levaduras. Su esqueleto está formado por glucopiranosa (1-6) y las ramificaciones son enlaces (1-2), (1-3) y (1-4).

d) Celulosa. Es un polísacárido estructural de los vegetales exclusivamente. Es la sustancia orgánica más abundante y consiste en una molécula no ramificada de β-D-glucopiranosa, con enlaces 1-4. Junto con las “hemicelulosas” (polímero de xilosa y arabinosa) y la “pectina” (polímero de

metilgalacturónico) forma la estructura de la pared de la célula vegetal. Sólo puede ser hidrolizada por los enzimas segregados por determinados microorganismos que se alojan en el intestino de los

animales herbívoros y de los insectos xilófagos.

e) Quitina. Es un polímero de N-acetilglucosamina forma el exoesqueleto de los insectos y crustáceos donde se halla asociado al carbonato cálcico.

4.2.- Los heteropolisacáridos.-

Son aquellos polisacáridos que, por hidrólisis, dan diferentes monosacáridos. Los más sencillos están constituidos por la repetición de un disacárido formado por monómeros diferentes, como la ya mencionada hemicelulosa, el agar (un polímero de D-y L-galactosa, en ocasiones esterificados con ácido sulfúrico), las gomas y mucílagos . Los más importantes son los “mucopolisacáridos” que forman parte de la sustancia intercelular del tejido conjuntivo. Son mucopolisacáridos el ácido hialurónico, sustancia cementante del tejido conjuntivo y lubrificante el líquido sinovial, la condroitina, sustancia cementante del cartílago, y la heparina, un potente anticoagulante de la sangre que se encuentra tambien en la saliva de sanguijuelas y vampiros

5.- Los heterósidos.-

Son macromoléculas formadas por glúcidos y moléculas no glucídicas. Si estas moléculas son péptidos, las macromoléculas resultantes se llaman glucoproteinas. Las glucoproteínas de la membrana celular, aparte de la función estructural, cumplen otras de extraordinaria importancia como determinantes antigénicos, receptores o lugares de anclaje de bacterias y virus.

Muchas bacterias están rodeadas de esta sustancia que presentan propiedades

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antigénicas Los más conocidos son los peptidoglicanos o muropéptidos y los ácidos teicoicos . Los peptidoglicanos forman una red espacial formada por largas cadenas de glúcidos unidos por cortos péptidos. Los ácidos teicoicos (presentes en las bacterias gram +) son largas cadenas formadas por varias moléculas de polialcohol, unidas mediante enlaces fosfodiéster, de las que penden, enlazadas en los grupos -OH del alcohol, moléculas de monosacárido y/o aminoácidos. Los principio activos de ciertas plantas son también heterósidos, como los carditónicos de Digitalis purpurea, los cianogenéticos de las almendras amargas, o la glicirrina del regaliz

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