Biología y Salud

Tratado multidisciplinar sobre la actividad cerebral, los procesos mentales superiores y nuestro comportamiento

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Modelo bidireccional y triestratificado

Autor: Profesor G. Gómez-Jarabo
Director de biopsicologia.net

Logo del ministerio de ciencia Este proyecto ha sido subvencionado parcialmente por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, Programa de Fomento de la Investigación Técnica del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica.
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Los glúcidos son compuestos orgánicos que están formados por los bioelementos (carbono, hidrógeno y oxígeno), y sobre todo, por carbono, por ello también reciben el nombre de carbohidratos (debido a que su fórmula mínima es CH2O, es decir, como si cada carbono estuviera hidratado), así como azúcares o sacáridos. Son las sustancias más abundantes de la tierra.

Están ampliamente distribuidos tanto en tejidos animales como vegetales. En las plantas son producto de la fotosíntesis, e incluyen la celulosa de la pared celular vegetal. En las células animales, los glúcidos, glucosa y glucógeno, sirven (entre otras funciones) como fuente de energía para las actividades vitales.

Los glúcidos que contiene nuestro organismo proceden tanto de la dieta como del metaboslimo interno, tanto en el hígado como en la corteza renal se forman a partir de aminoácidos glucogénicos y desde el glicerol de las grasas.

Algunas funciones de los glúcidos
Figura 1: Algunas funciones de los glúcidos.

En orden a su función química, se dice que son aldehídos polihidroxilados o cetonas polihidroxiladas, esto quiere decir que son cadenas de átomos de carbono en donde el primer carbono ejerce la función de aldehído, o el segundo de cetona, y tienen un grupo oxhidrilo en cada uno de los carbonos restantes.

Se pueden clasificar en tres grandes grupos: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos, osas o glúcidos simples

Estos glúcidos no son hidrolizables y constituyen las unidades más pequeñas y están constituidos por varios grupos hidroxilo y un grupo carbonilo, unidos por una cadena de carbonos, en función de la cual se clasifican en: triosas (que son los más pequeños que se pueden encontrar), tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas, teniendo más importancia biológica las que tienen 3, 5 y 6 átomos de carbono. Si su función es de aldehído se llaman aldosas y si tienen función cetona, cetosas. Todos los monosacáridos son reductores.

Por tanto, los grupos más importantes a nivel biológico son:

  • Las triosas, se encuentran abundantemente en el interior de la célula, puesto que se trata de metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa.
  • Las pentosas, entre ellas se encuentran la ribosa y la desoxirribosa, que constituyen los ácidos nucleicos, y la ribulosa que desempeña un importante papel en la fotosíntesis.
  • Las hexosas, entre ellas tienen interés en biología, la glucosa y galactosa entre las aldohexosas y la fructosa entre las cetohexosas.

Todos los monosacáridos que resultan de la digestión y los que se ingieren de forma libre se absorben en el intestino, desde donde pasan a la vena porta hasta el hígado, para posteriormente ser distribuidos por el organismo.

El monosacárido más importante de los conocidos probablemente es la D-Glucosa, la cual aparece como tal en la sangre de todos los animales y en la savia de las plantas; es también la unidad estructural de prácticamente todos los polisacaridos. La D-Glucosa en solución existe en granparte en forma de compuesto cíclico en equilibrio con una pequeña cantidad de la correspondiente forma lineal.

El anillo de la forma cíclica de la glucosa recuerda el del compuesto heterocíclico pirano recibiendo por ello el nombre de anillo de \"piranosa\". En la forma de cadena abierta, la D-Glucosa tiene cuatro átomos de carbono asimétricos y la forma cíclica posee cinco centros de asimetría.

D-Glucosa, forma piranósica (A) y cadena lineal abierta (B)
Figura 2: D-Glucosa, forma piranósica (A) y cadena lineal abierta (B). Tomado de Fruton, J (Ed). Bioquímica general.

Dado que la fórmula abierta de la glucosa posee cuatro carbonos asimétricos, este azúcar tendrá 16 isómeros posibles. De los 8 isómeros que pertenecen a la serie D, 7 difieren de la D-Glucosa en la configuración respecto a los carbonos 2, 3 y 4. En la siguiente figura se indican los nombres dados a estos isómeros y las relaciones de configuaración de los azúcares de la serie D.

Relaciones de configuración de los D-azúcares
Figura 3: Relaciones de configuración de los D-azúcares. Tomado de Fruton, J (Ed). Bioquímica general.

La formación del anillo de piranosa en la ciclación de una hexosa introduce un quinto centro de asimetría en el carbono 1. Cuando el grupo hidroxilo del anillo de D-Glucosa es cis respecto al hidroxilo del carbono 2, aquélla recibe el nombre de a-D-glucopiranosa; si por el contrario estos dos hidroxilos son trans uno respecto del otro, el compuesto recibe el nombre de b-D-glucopiranosa.

Las otras aldohexosas de interés son la D-manosa que se encuentra en la naturaleza formando parte de ciertos polisacáridos y glucoproteínas y que difiere de la glucosa en la configuración del carbono 2; y la D-galactosa que forma parte del disacárido lactosa (de la leche) y de varios polisacáridos, diferenciándose de la glucosa en la configuración del carbono 4.

La configuración del carbono 1en las aldohexosas cíclicas no es estable, sino que puede pasar de la forma a a la b al disolver el azúcar, debido a que la estructura del carbono 1 en el compuesto cíclico es la de un hemiacetal, y en las soluciones el compuesto cíclico está en equilibrio con la forma aldehídica abierta.

Puesto que las formas cíclicas de los azúcares están en equilibrio con las correspondientes formas lineales aldehídicas, un reactivo de los aldehídos reaccionará con el azúcar eliminando del equilibrio la forma abierta. Circunstancia en la que se basa la oxidación de la glucosa y otras aldosas por medio del reactivo de Fehling.

Por la acción de los ácidos fuertes las aldohexosas dan hidroximetilfurfural, que por calentamiento se convierte en ácido levulínico. El hidroximetilfurfural y furfural reaccionan con una variedad de compuestos (a-naftol, resorcinol, orcinol, difenilamina, bencidina, escatol, indol, etc.) para formar productos coloreados.

Si se calienta la glucosa con metanol en presencia de HCl, el grupo hidroxilo del carbono 1 se substituye y se forma metilglucósido. Quizá sea el metilglucósido el ejemplo más sencillo de un amplio grupo sustancias en las que el hidroxilo del grupo hemiacetal del carbono 1de los monosacáridos se ha condensado con el hidroxilo de un alcohol. Tales compuestos reciben el nombre de glucósidos y el enlace que une el azúcar y al alcoholse denomina enlace glucosídico. Cuando se unen con un enlace glucosídico dos monosacáridos se forma un disacárido y si lo hacen muchos monosacáridos, conservando la disposición lineal, se origina un polisacárido.

De las 8 D-aldohexosas citadas, únicamente la glucosa, la manosa y la galactosa se presentan en la naturaleza; los 5 isómeros restantes han sido sintetizados pero no identificados en los productos biológicos. Otra hexosa importante presente en la naturaleza es la fructosa, cetohexosa que tiene un grupo reductor en el carbono 2. La forma lineal de esta hexosa está en equilibrio con las correspondientes formas piranosa y furanosa. La fructosa, como tal, se presenta en el líquido seminal y es un constituyente del polisacárido inulina. Una cetohexosa relacionada con la fructosa es la L-sorbosa. Otras cetohexosas presentes en la naturaleza son la D-manoheptulosa y la P-sedoheptulosa de las plantas de la familia Sedum.

Algunas cetohexosas importantes
Figura 4: Algunas cetohexosas importantes. Tomado de Fruton (Ed). Bioquímica general.

En la naturaleza se han hallado varias pentosas (ver figura); quizá la más importante sea la D-ribosa, que forma parte de los ácidos ribonucleicos y de varios nucleótidos.

Algunas cetopentosas
Figura 5: Algunas cetopentosas. Tomado de Fruton, J (Ed). Bioquímica general.

Hay constancia de que varias metilpentosas son constituyentes de los productos vegetales; entre ellas encontramos la 6-desoxi-D-glucosa, la L-fucosa (que existe en forma combinada en las algas marinas y en algunos polisacáridos de los mamíferos) y la L-ramnosa. Es de especial interés la existencia de la L-fucosa como constituyente importante de las sustancias de uno de los tipos específicos de los grupos sanguíneos humanos.

Algunas metilpentosas
Figura 6: Algunas metilpentosas. Tomado de Fruton, J (Ed.). Bioquímica general.

La oxidación del grupo reductor en la posición 1 de la glucopiranosa da gluconolactona, que se hidroliza a ácido glucónico. Otro producto de oxidación de la D-glucosa que forma parte de ciertos polisacáridos y es un producto de excreción en los animales es el ácido glucurónico. De la galactosa se obtiene un ácido urónico semejante que recibe el nombre de ácido galacturónico; forma parte de las pectinas de las frutas. Otro ácido urónico encontrado en la naturaleza es el manurónico, que deriva de la manosa y se presenta en los polisacáridos de las algas marinas pardas.

Producto de la D-glucosa
Figura 7: Producto de la D-glucosa. Tomado de Fruton, J; (Ed.) Bioquímica general.

La reducción débil de los monosacáridos lleva a la formación de polihidroxialcoholes en los que el grupo reductor del azúcar (CHO o CO) ha sido reemplazado por un grupo alcohol. El D-manitol es un constituyente importante de las algas pardas y el D-sorbitol se encuentra en muchas frutas. Hay que señalar que en la riboflavina el residuo azucarado deriva de un alcohol pentahídrico semejante a la D- ribosa por lo que se le denomina D-ribitol.

Algunos alcoholes hexahídricos
Figura 8: Algunos alcoholes hexahídricos. Tomado de Fruton, J (Ed.). Bioquímica general.

Los inositoles cíclicos están próximamente emparentados con los alcoholes hexahídricos de cadena lineal. El más importante de los inositoles isómeros es el ópticamente inactivo meso-inositol (ver figura), profusamente distribuido en plantas y animales:

Estructura del meso-Inositol
Figura 9: Estructura del meso-Inositol. Tomado de Fruton, J; (Ed.). Bioquímica general.

Un derivado importante de la D-glucosa es el azúcar aminado 2-amino-2-desoxi-D-glucosa, llamado generalmente D-glucosamina. Otro aminoazúcar, unidad estructural de diversos polisacáridos, es la galactosamina o condrosamina.

Aminoazúcares
Figura 10: Aminoazúcares. Tomado de Fruton, J; (Ed.). Bioquímica general.

Muchos de los monosacáridos se han aislado de productos naturales no sólo como tales, sino también como ésteres del ácido fosfórico.

Oligosacáridos

Los oligosacáridos son polímeros de monosacáridos (menos de diez), por tanto, se forman por la unión de n moléculas de estas últimas con pérdida de n-1 moléculas de agua. Por medio del proceso de hidrólisis, aparecen de 2 a 6 moléculas de osas. En este caso, si por ejemplo aparecen dos moléculas de osas se denominan disacáridos, etc. En este caso algunos son reductores y otros no.

Los oligosacáridos son glucósidos en los que un grupo hidroxílico de un monosacárido se ha condensado con el grupo reductor de otro. Si se unen de esta manera dos unidades de azúcar resulta un disacárido; la unión lineal de tres monosacáridos enlazados por puentes glucosídicos es un trisacárido y así sucesivamente.

Entre los disacáridos se encuentra el azúcar reductor maltosa, producto de la degradación parcial de polisacáridos tales como el almidón.

Maltosa
Figura 11: Maltosa. Tomado de Fruton, J; (Ed.). Bioquímica general.

La maltosa, como tal, no se encuentra en la naturaleza; en la leche de los mamíferos existe otro disacárido, la D-lactosa. La hidrólisis de la lactosa da D-glucosa y D-galactosa; en el disacárido estos dos monosacáridos se unen también por medio del enlace 1,4-glucosídico, estando unido el carbono 1 de la galactosa al 4 de la glucosa por un puente de oxígeno. No obstante, la configuración respecto al carbono 1 de la unidad de galactosa es b; de aquí que la lactosa sea un b-glucósido y pueda llamarse 4-(b-D-galactopiranosil)-D-glucopiranosa. Contrariamente a lo que sucede en la leche de vaca, la de mujer contiene además de lactosa, otros oligosacáridos como la L-fucosil-lactosa, en la que la L-fucosa se une al grupo hidroxílico del carbono 2 de la galactosa.

Lactosa, celobiosa, trealosa y sacarosa
Figura 12: Lactosa, celobiosa, trealosa y sacarosa. Tomado de Fruton, J; (Ed.). Bioquímica general.

La celobiosa es un disacárido formado por degradación de la celulosa. Al hidrolizarse, la celobiosa produce D-glucosa. La celobiosa y la maltosa tienen la misma estructura salvo en lo referente a la forma de unirse las unidades de glucosa. Los tres disacáridos (malosa, lactosa y celobiosa) son azúcares reductores. Por otro lado, la sacarosa no es reductora puesto que el puente glucosídico lo forman el hidroxilo del carbono 1 de la glucopiranosa y el del carbono 2 de la D-fructofuranosa, bloqueándose así los grupos reductores de ambos monosacáridos. La sacarosa como tal se encuentra en todas las plantas fotosintéticas y es quizás el más importante de los carbohidratos de bajo peso molecular de la dieta de los animales.Otro disacárido no reductor existente en la naturaleza es la trehalosa, encontrado en hongos y levaduras.

Polisacáridos u ósidos

Son polímeros de monosacáridos formados por más de diez monómeros, son no reductores que después de ser hidrolizados resultan en un número variable de monosacáridos. Por ejemplo, si aparecen pentosas, se denominan pentosanos; si dan hexosas, hexosanos. Otros compuestos dentro del grupo son los mucopolisacáridos y los poliurónidos, que por hidrólisis dan lugar a monosacáridos y ciertos ácidos, denominados ácidos urónicos, derivados de la glucosa y la galactosa.

Las reacciones generales de reconocimiento general de glúcidos se basan en sus propiedades reductoras (reacción de Fehling), en evidenciar los derivados furfúricos que se obtienen por deshidratación de los glúcidos (reacción de Molish), y en identificar polisacáridos (reacción de Lugol).

Digestión de los carbohidratos de la dieta
Figura 13: Digestión de los carbohidratos de la dieta. Tomado de Bioquímica (E. Herrera)

Los monosacáridos se diferencian de los disacáridos por medio de la reacción de Barfoed ya que sólo los monosacáridos dan un resultado positivo esta reacción. Las cetosas se diferencian de las aldosas a través de la reacción de Seliwanoff, puesto que las cetosas dan positiva esta reacción, a diferencia de las aldosas.

Las pentosas se diferencian de las hexosas por medio de la reacción de Bial, dando únicamente las primeras una reacción positiva en la prueba.

Los polisacáridos pueden dividirse en dos grandes grupos, los llamados polisacáridos esqueléticos o estructurales que constituyen las estructuras rígidas de plantas y animales y los polisacáridos nutritivos que actúan como reserva metabólica de monosacáridos en plantas y animales.

Los polisacáridos nutritivos representan a este grupo en las plantas el almidon y la inulina. Los almidones, que se presentan en forma de granos en muchas partes de las plantas y que son especialmente abundantes en los tejidos embriónicos (tubérculos de patata, arroz, trigo, semillas de maíz), sirven como reserva de carbohidratos para el desarrollo de las plantas. Casi todos los almidones se componen de una mezcla de dos clases diferentes de polisacáridos que producen por hidrólisis completa D-glucosa y que reciben el nombre de amilosas y amilopectinas. Las amilosas dan con el yodo un color azul intenso y las amilopectinas rojo púrpura. El almidón de la patata contiene un 20% de amilosa; muchos otros almidones tienen la misma proporción de amilosa, siendo una excepción notable el almidón del maíz de manteca que está prácticamente libre de amilosa.

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Figura 14: Tomado de Fruton, J (Ed.). Bioquímica general.

La estructura parcial de una amilopectina que se indica más arriba es solamente aproximada, puesto que posiblemente existen unos pocos enlaces laterales en los que toman parte los hidroxilos en posiciones 2 y 3. El aislamiento de la 3-(-a-D-glucopiranosil)-D-glucosa (Nigerosa) a partir de hidrolizados parciales de amilopectina ha constituido además una prueba de la existencia de unos pocos enlaces a(1-3) glucosídicos.

La cantidad relativamente grande de metilglucosa hallada en la amilopectina por el método del grupo terminal demuestra claramente que posee un considerable número de enlaces laterales [en gran parte (1-6) glucosídicos]. La amilopectina del almidón de arroz parece tener de 80 a 90 cadenas laterales. No obstante, las amilopectinas obtenidas de almidones están ramificadas.

Otro polisacárido nutritivo es la inulina encontrada en las plantas; se presenta en las alcachofas, bulbos de dalia, etc. Por hidrólisis produce D-fructosa.

En el metabolismo animal de los carbohidratos los polisacáridos de reserva importantes pertenecen a las substancias que han recibido colectivamente el nombre de glucógeno. El glucógeno, en su constitución química, se aproxima mucha a la amilopectina, a pesar de que parece tener un tamaño molecular mucho más largo que el de las amilopectinas, con un peso de partícula de 1 a 4 millones.

Los glucógenos de numerosos tejidos animales que se han sometido a la metilación y a la hidrólisis, a la oxidación por el peryodato o a la degradación enzimática sucesiva, han dado resultados que indican que este grupo de polisacáridos se caracteriza por una estructura muy ramificada (ver figura).

Representación esquemática de una molécula de glucógeno
Figura 15: Representación esquemática de una molécula de glucógeno. Tomado de Fruton, J; (Ed.). Bioquímica general.

 El glucógeno puede aislarse de los tejidos animales (hígado, músculo) por tratamiento en caliente con NaOH concentrado, en el que es estable, seguido de precipitación en alcohol.

El más importante de los llamados polisacáridos estructurales es la celulosa de las plantas. Por hidrólisis completa origina D-glucosa; por hidrólisis parcial el b-glucósido de la celobiosa. En las plantas superiores la celulosa va acompañada de una substancia polímera no glucídica llamada lignina que puede represenar el 15-30% del peso seco.

Muchos tejidos vegetales y especialmente las frutas, contienen miembros de otro grupo de polisacáridos estructurales llamados ácidos pécticos, que al parecer se componen de largas cadenas de ácido D-galacturónico (forma piranosa) unidas por enlaces a (1-4)-glucosídicos.

Entre los carbohidratos animales que pueden considerarse como polisacáridos estructurales están el ácido hialurónico y los sulfatos de condroitina; estas substancias son miembros de un grupo denominado mucopolisacárido cuyas principales unidades estructurales son los aminoazúcares y los ácidos urónicos.

Los tejidos animales (hígado, pulmón, bazo, etc.) contienen un grupo de mucopolisacáridos llamados heparina. La hidrólisis completa de heparina da ácido glucurónico, glucosamina, ácido acético y ácido sulfúrico.

Muchos de los mucopolisacáridos se hallan en los tejidos como grupos prostéticos de proteínas conjugadas a las que se han aplicado los nombres de glucoproteínas, mucoproteínas y mucinas.

Comentarios   

-1 # Participa en Biopsicologiaadmin 03-06-2010 15:33
Estimado lector,

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Un saludo afectuoso,

El equipo de biopsicologia.n et

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-1 # lactosaeugenia 15-06-2010 05:37
la lactosa se forma a partir de la d(+) gly y beta galactosa
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+3 # pregunta urgenteee!!tu caxero 11-02-2011 01:04
trisacarido que se encuentra en la hidrolisis parcial de la amilopectina??? por favor es urgentee!! :'(
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+1 # dudasCin 13-08-2011 23:04
porque se considera al monosacarido como el primer eslabon en la clasificacion de los hidratos de carbonos? gracias
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+2 # Urgenciaa!Cin 15-08-2011 20:04
con que grupo inorganico suele encontrarse un hidrato de carbono?
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