Glúcidos
¿Qué son los glúcidos?
Los glúcidos son biomoléculas de fórmula química general Cn(H2O)n, por lo cual durante mucho tiempo se les llamó hidratos de carbono. La palabra glúcido proviene del vocablo griego γλυκύς (glyκýs o glukús) que significa dulce.
Los glúcidos son sustancias que químicamente consisten en polihidroxi aldehídos o polihidroxi cetonas
Debido a la presencia de tales grupos funcionales, pero también se pueden clasificar según el número de carbonos, y según si se trata de una sola subunidad (monosacáridos), dos de ellas (disacparidos) o muchas de ellas (polisacáridos).
Monosacáridos
Los monosacáridos son las subunidades o monómeros de los sacáridos, cuyo nombre proviene del griego σάκχαρ [sácchar] que significa "azúcar". Son los azúcares más simples ya que no son hidrolizables.
Propiedades de los monosacáridos
Son sustancias de sabor dulce, sólidos a T.A., neutros, incoloros, cristalinos, solubles en agua, ópticamente activos (excepto la dihidroxiacetona) y con baja solubilidad en solventes apolares. Los monosacáridos pueden unirse entre ellos mediante enlaces glucosídicos, formando compuestos que cuando tienen menos de 10 subunidades se denominan "osas".
Funciones de los glúcidos
Función energética: la glucosa es el glúcido que actúa como sustrato de las reacciones de oxidación que aportan energía a los seres vivos durante la respiración celular.
Función de reserva
En las plantas el almidón es la forma de reserva energética. El almidón es un biopolímero de glucosa que se almacena en las hojas, tallos, raíces, semillas, frutos etc. En los animales las reservas se almacenan bajo la forma de glucógeno en el hígado y en los músculos.
Función estructural
La celulosa es un polisacárido conformado por subunidades de glucosa, producido por los vegetales, donde conforman la pared celular aportando una estructura de sostén. La quitina es también un polisacárido conformado por glucosa, que integra la estructura del exoesqueleto de los artrópodos.
Función de señalización
Los glucolípidos y proteogicanos son componentes de membrana que están asociados a glúcidos , cumpliendo un rol de señalización. Las células que no tengan estos componentes en su superficie serán reconocidos como no propios.Por otro lado, los grupos sanguíneos A y B están dados por la presencia de una enzima que cataliza la unión de un glúcido complejo (antígeno) a la superficce de los eritrocitos, el cual es N-acetilglucosamina para el grupo A, y galactosamina para el B.
Función genética
El material genético que transmite la información hereditaria consiste en una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar, que es la desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN.
Clasificación de los monosacáridos
Según el número de átomos de carbono:
- Triosas 3 carbonos
- Tetrosas 4 carbonos
- Pentosas 5 carbonos
- Hexosas 6 carbonos
Considerando el grupo funcional: aldosas
Azúcares simples con el grupo funcional aldehído
Aldotriosas Aldotetrosas Aldopentosas Aldohexosas
Considerando el grupo funcional: cetosas
Azúcares simples con el grupo funcional cetona:
CetotriosasCetotetrosas Cetopentosas Cetohexosas
Familia de las aldosas
Familia de las cetosas
Glucosa
La glucosa es una aldohexosa de gran importancia para los seres vivos, desempeñándose como molécula que aporta energía de forma rápida. La glucosa se reconoce por su característico sabor dulce, siendo producida por las plantas y organismos fotoautótrofos mediante la fotosíntesis, por lo cual se encuentra formando parte de las frutas y la miel. Su fórmula general es C6H12O6, y presenta diferentes isómeros. La glucosa es la la subunidad de polisacáridos de reserva como el almidón y el glucógno, y de polisacáridos estructurales como la celulosa y la quitina. Los heterótrofos también pueden sintetizarla a partir de moléculas precursoras como el lactato y glicerol.
Fructosa
La Fructosa es una cetohexosa de fórmula molecular C6H12O6, misma fórmula molecular, por lo cual son isómeros estructurales entre sí. La fructosa se encuentra formando parte de los vegetales y las frutas. Su poder endulzante es mayor que el de la glucosa, pero nutricionalmente no es la mejor opción usarlo como endulcorante dado que su metabolismo es lento e interfiere con el metabolismo de los ácidos grasos.
Estereoisomería
La configuración del hidroxilo unido al C quiral (C*) más alejado del carbonilo determina a qué serie pertenece el isómero: si está a la derecha (serie D), si está hacia la izquierda (serie L). Estos isómeros D y L son imágen especular el uno del otro, por lo tanto son par de enantiómeros. También están los diasterómeros, que son los estereoisómeros que no son imagen especular entre sí, entre los cuales tenemos un caso especial que son los epímeros. Los glúcidos presentan varios carbonos quirales, por lo que cambiando la configuración del -OH unido a uno de ellos y manteniendo igual las restantes obtenemos estereoisómeros llamados epímeros. Cálculo del nro. de estereoisómeros: 2n, siendo n=C*
D-glucosa y L-glucosa
La D-glucosa es el enantiómero natural, presente en los seres vivos, producido por las plantas y organismos fotosintéticos, y el que forma parte de las rutas metabólicas.. Mientras que la L-glucosa es un azúcar sintético utilizado para producir el pentaacetato L-glucosa, que es un agente terapéutico empleado en el tratamiento de la diabetes tipo 2. Además, la L-glucosa se puede utilizar como agente de limpieza de colon antes de un procedimiento de colonoscopia.
Epímeros
La D-manosa es epímero de la D-glucosa en C*2 , mientras que la D-galactosa lo es en C*4:
D-Manosa
La manosa es un monosacárido que se encuentra formando parte de algunos polisacáridos de las plantas (como el manano, el glucomanano, etc.), y en algunas glucoproteínas animales. Es una aldohexosa de fórmula molecular C6H12O6, misma que la de la D-glucosa, dado que son epímeros en C*2.
El Manano o también denominado konjac crece en China, Japón y Corea, debido a que es una gran fuente de almidón en sus bulbos, se utiliza para producir una harina y mermelada del mismo nombre. Es usado en el veganismo como sustituto de gelatina.
D-galactosa
La galactosa es un azúcar simple o monosacárido clasificado como aldohexosa, que se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético. Además, forma parte de los glucolípidos y las glucoproteínas de las membranas celulares, sobre todo de las neuronas. La galactosa es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa, que es un disacárido formado por la unión de glucosa y galactosa, por tanto el mayor aporte de galactosa en la nutrición proviene de la ingesta de lactosa de la leche.
Diasterómeros
Son isómeros que no son enantiómeros entre sí
Enantiómeros
Diasterómeros
Actividad óptica
Cada azúcar que presenta un carbono quiral (o carbono asimétrico), presentará actividad óptica, es decir, que desvía el ángulo de la luz polarizada, y presentando un isómero simétrico (o imagen especular, no superponible). Dentro del par de enantiómeros D y L ambos presentarán las mismas propiedades incluso desvían la luz polarizada en un mismo ángulo, pero uno hacia la derecha y la otra hacia la izquierda. No siempre es el isómero L el que desvía hacia la izquierda, ni el D a la derecha, eso es algo que se determina experimentalmente. El ángulo se llama ángulo de rotación o de desvío αD. Este ángulo depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la luz polarizada (haz monocromático), de la temperatura T, del disolvente, de la concentración y del espesor de disolución que atraviesa la luz (camino óptico).
Polarímetro
Este instrumento se utiliza para medir el desvío de la luz polarizada (luz que vibra en un solo plano) producido por los isómeros ópticos .Los componentes básicos del polarímetro son:
- Una fuente de radiación monocromática (1)
- Un filtro que actúa como polarizador (3 )
- Un tubo o cubeta para la muestra (5)
- Un filtro analizador (7)
- Un detector (que puede ser el ojo
- o un detector fotoeléctrico) (8)
Polarimetría
Es una técnica que se basa en medir la rotación de luz polarizada al atravesar una muestra de sustancia óptimamente activa. La actividad óptica de una sustancia, tiene su origen en la asimetría estructural de las moléculas.
El polarímetro permite determinar la concentración de una sustancia ópticamente activa en solución,
Ángulo de rotación (αD)
El ángulo se llama ángulo de rotación o de desvío αD. Este ángulo depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la luz polarizada (haz monocromático), de la temperatura T, del disolvente, de la concentración y del espesor de disolución que atraviesa la luz (camino óptico).
Ejemplo:
Forma meso y mezcla racémica
Existe un tipo especial de compuestos denominados forma meso, que si bien presenta carbonos quirales, no presenta actividad óptica, y eso ocurre porque presenta un plano de simetría interno, y la actividad óptica se anula del mismo modo que se anula cuando tenemos mezclas de igual concentración del isómero L y el D (lo que se denomina mezcla racémica o racemato).
Fenómeno de mutarrotación
Fue observado por primera vez por el científico francés Tanret, en 1895, y llevó al establecimiento de una estructura cíclica, en lugar de lineal para la glucosa. Éste fenómeno ocurre cuando la glucosa se disuelve en agua, ya que reacciona un hidroxilo de la cadena con el carbonilo del grupo funcional, (ya sea aldehído o cetona), formándose un hemiacetal cíclico, que se encuentra bajo dos formas: α o β.
Formación del hemiacetal cíclico
Anómero α y β.
El hemiacetal cíclico, se encuentra bajo dos formas: α o β. Como resultado de la ciclización, el carbono 1 se vuelve quiral y se denomina carbono anomérico. El hidroxilo del carbono 1 se encuentra hacia arriba en la configuración β, y hacia abajo en la α:
Estructuras cíclicas
Existen dos formas cíclicas que puede adoptar un azúcar, una es la forma hexagonal, y otra es la pentagonal. La forma hexagonal es similar a un compuesto denominado pirano, y la pentagonal, es similar al furano, por eso los azúcares que adopten la forma cíclica hexagonal agregarán a su nombre la terminación piranosa, y los que adopten la pentagonal agregarán la terminación furanosa.
Furano y pirano
Los hemiacetales cíclicos son especialmente estables si sus anillos son solo de 5 o 6 miembros como las estructuras cíclicas de pirano y furano:
Furanosa y piranosa
Estas estructuras cíclicas se denominan proyección de Haworth, mientras que la lineal se denomina proyección de Fisher. La forma cristalina y sólida de una aldosa es un hemiacetal cíclico. En solución acuosa la aldosa existe como mezcla en equilibrio del hemiacetal cíclico, con la forma de cadena abierta. Para la mayor parte de los azúcares, el equilibrio favorece la forma de hemiacetal cíclico.
Aldopiranosa
Las aldohexosas típicas como la glucosa, forman anillos de seis miembros con un enlace hemiacetal entre el carbono del aldehído y el hidroxilo del C5.
La forma de piranosa es termodinámicamente más estable que la forma de furanosa, lo que puede verse en la distribución de estas dos formas cíclicas en solución.
Cetofuranosa
El anillo de la furanosa puede ser un hemiacetal cíclico de una aldopentosa, o un hemicetal cíclico de una cetohexosa.
La estructura en anillo de la furanosa consiste de cuatro átomos de carbono y uno de oxígeno, con el carbono anomérico a la derecha del oxígeno. El último carbono quiral (generalmente a la izquierda del oxígeno en una proyección de Haworth) determina si la estructura tiene una configuración D- o una L-. En una furanosa de configuración L-, el sustituyente del último carbono quiral apunta hacia atrás del plano, mientras que en una furanosa de configuración D-, ese carbono sale hacia adelante.
D-glucopiranosa y D-fructofuranosa
Generalmente el carbono anomérico sufre mutarrotación en solución, resultando en una mezcla en equilibrio de configuraciones alfa y beta.
α-D-glucopiranosa
β-D-fructofuranosa
Reglas para representar monosacáridos cíclicos
1) Los grupos que estaban a la derecha en la proyección de Fisher, quedan hacia abajo en la estructura cíclica, y los que estaban a la izquierda quedan hacia arriba. 2) Se debe girar en enlace C4-C5 de modo que el grupo hidroxilo en C5 pueda formar parte del anillo. 3) Para un azúcar de la serie D, esta rotación coloca al CH2OH (del C6) hacia arriba, y si es de la serie L, hacia abajo. 4) Se cierra el anillo y se dibuja el resultado, con el oxígeno siempre hacia el extremo
derecho , y con el C1 a la derecha.
Propiedades de los anómeros
. Como los anómeros son diastereómeros, por lo general tienen propiedades diferentes. Por ejemplo la α-D-glucopiranosa tiene un punto de fusión de 146 °C y un αD = +112,2 °, mientras que la β-D- glucopiranosa tiene un punto de fusión de 150°C y un αD =18,7°. En solución acuosa, los dos anómeros están en equilibrio a través de una pequeña cantidad de la forma de cadena abierta. El fenómeno de mutarrotación, implica la interconversión de las dos formas anoméricas, y cuando uno de los dos anómeros puros se disuelve en agua, la rotación del ángulo de la luz polarizada cambia gradualmente a un valor intermedio, que es el resultado de las concentraciones de los anómeros en equilibrio.
Enlace glicosídico
El enlace glicosídico, o también llamado O-glicosídico se establece entre dos grupos hidroxilo de diferentes monosacáridos, con pérdida de una molécula de agua, por lo cual esta es una reacción de condensación. - Si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro hidroxilo (grupo alcohol del segundo monosacárido), se establece un enlace monocarbonílico.
Si intervienen los grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, será un enlace dicarbonílico.
Sacarosa
Es el azúcar de mesa presente en un 20 % del peso en la caña de azúcar y en un 15 % del peso de la remolacha azucarera. La miel también contiene gran cantidad de sacarosa parcialmente hidrolizada. Es un disacárido de glucosa y fructosa. Se sintetiza en plantas, pero no en animales superiores.
Enlace glicosídico en la sacarosa
El enlace entre la glucosa y la fructosa es de tipo alfa (1-2), eso significa que participa la alfa-D-glucosa y beta-D-fructosa., y a su vez de tipo dicarbonílico dado que participan los dos hidroxilos anoméricos, es decir el que se encuentra unido al carbono asimétrico de la glucosa, y el que se encuentra unido al C2 que es carbono asimétrico de la fructosa.
+ H2O
Enlace O-glicosídico
Maltosa
La maltosa fue descubierta por el francés Augustin-Pierre Dubrunfaut, y luego difundido en 1872 por el químico y cervecero irlandés Cornelius O'Sullivan y su nombre proviene de malt, del inglés antiguo mealt y el sufijo -osa, un sufijo que forma nombres de azúcares y otros carbohidratos. También se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Aporta una carga glucémica muy elevada.
Enlace o-glucosídico en la maltosa
La maltosa es un disacárido formado por dos glucosas unidas mediante un enlace glicosídico alfa(1→4). Se conoce también como maltobiosa y como azúcar de malta, ya que aparece en los granos de cebada germinados.
Lactosa
La lactosa es un disacárido formado por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa. Se conoce también como azúcar de la leche, ya que es producida y secretada por las glándulas mamarias de las hembras de la mayoría de los mamíferos en una proporción variable entre el 4 al 6%. En los yogures la lactosa se convierte en ácido láctico.
Enlace o-glicosídico en la lactosa
+ H2O
Polisacáridos
Las macroléculas formadas por más de 10 monosacáridos se denominan polisacáridos. Cuando en la estructura también setán presentes otro tipo de moléculas como lípidos, proteínas u otros grupos funcionales como acetilo, amino, sulfato etc., en ese caso se denominan heteropolisacáridos, de lo contrario cuando solo tienen unidades del mismo tipo se llaman homopolisacáridos, como la amilosa, el almidón, el glucógeno, la celulosa.Por otro lado dentro de los heteropolisacáridos tenemos como ejemplo las pectinas, el agar, la condroitina, el ácido hialurónico, la heparina y los mucopolisacáridos.
Almidón
Es un polisacárido de reserva producido por las plantas, constituido por amilosa y amilopectina mediante enlaces enlaces α-1,4 y enlaces ramificados α-1,6. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo a través de diversos productos panificados, cereales, tubérculos etc.
Amilosa
Amilopectina
Glucógeno
El glucógeno es un polisacárido de reserva formado por cadenas ramificadas de glucosa. Abunda en el hígado y en menor cantidad en el músculo.
Su estructura se parece a la de la amilopectina del almidón, aunque es mucho más ramificada. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina. Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 120 000 monómeros de glucosa.
Celulosa
La celulosa es un biopolímero compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa 1 (desde cientos hasta varios miles de unidades) mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico. Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, por lo que se vuelve insoluble en agua, originando fibras compactas que aportan estructura a las células vegetales.
Quitina
La quitina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos, y del exoesqueleto de los artrópodos.
Es un polisacárido, compuesto de unidades de N-acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucosa-2-amina). Éstas están unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de glucosa componen la celulosa, y del mismo modo aportan sostén y resistencia al exoesqueleto y la pared celular de los hongos.
Heparina
La heparina es un glicosaminoglicano sulfatado con función anticoagulante y con la densidad de carga más alta conocida de todas las biomoléculas. La heparina se almacena generalmente dentro de los gránulos secretores de mastocitos y se libera en el sistema vascular solo en los sitios de lesión de los tejidos. Actúa sobre la trombina, que desempeña un importante papel en la formación del coágulo en la sangre.
Reacciones de los polisacáridos: hidrólisis
Los polisacáridos pueden ser hidrolizados de forma enzimática por parte de las amilasas de la saliva que actúan sobre el almidón. O también pueden ser hidrolizados en medio ácido acuoso y calor.
Reducción
Las aldosas pueden ser reducidas a alcoholes, al ser tratadas con un agente reductor suave como el borohidruro de sodio, o mediante hidrogenación catalítica, o la fermentación alcohólica producida por levaduras durante la producción de vinos y cervezas. Estos alcoholes obtenidos se denominan alditoles, y se nombran agregando la terminación -itol al nombre raíz del azúcar.
El sorbitol es un edulcorante nutritivo o calórico, porque cada gramo contiene 2,4 calorías, bastante menos que la sacarosa.Es usado en los chicles "sin azúcar", dado que como no puede ser metabolizado por las bacterias bucales, no induce la aparición de caries.
Oxidación
El grupo aldehído de las aldosas se oxida a ácido carboxílico en presencia de bromuro, mientras que las cetosas no, por lo que es útil para su reconocimiento. Al emplear ácido nítrico, que es un oxidante más fuerte, se obtiene un ácido dicarboxílico, porque también se oxida el grupo CH2OH terminal.
La uva se agria cuando sufre daño que la expone al oxígeno atmosférico,oxidando la glucosa a ácido glucónico y afectando la calidad del vino.
Reacción con lugol
La coloración producida por el Lugol se debe a que el yodo se intercala entre las ramificaciones del almidón generando una coloración azul-violeta, como consecuencia de un cambio físico.
Ensayo de Fehling
Este ensayo permite reconocer azúcares reductores. Los azúcares reductores son aquellos que tienen libre el hidroxilo anomérico, el cual se oxida reduciendo al catión Cu2+presente en el reactivo de Fehling, pasando éste a formar Cu2O, que se evidencia como un precipitado color naranja..Este ensayo no sirve para diferenciar aldosas de cetosas, porqu e funciona bajo condiciones fuertemente alcalinas, de modo que el grupo cetona de una cetosa se convierte en aldehído, dando un falso positivo.
Ensayo de Tollens
Se emplea para detectar azúcares reductores, al reducirse el catión Ag+ del reactivo de Tollens, produciéndose unanión carboxilato, y un precipitado de plata metálica que forma un espejo en el interior del tbo de ensayo. El reactivo de Tollens reacciona con las aldosas de cadena abierta, pero no puede distinguir entre aldosas y cetosas, porque en condiciones alcalinas una cetosa se convierte en aldosa.
Precipitado de plata metálica resultante en un ensayo positivo de Tollens.
Ensayo de Barfoed
Permite identificar monosacáridos. La Prueba de Barfoed se basa en la reducción del catión Cu2+ a Cu+, el cual forma un precipitado color rojo ladrillo debido a la formación de un precipitado de Cu2O. Los disacáridos también pueden reaccionar, pero en forma más lenta.
Ensayo de Seliwanoff
Este ensayo permite diferenciar cetohexosas y aldohexosas en función del tiempo de reacción (las cetohexosas se deshidratan más rápido que las aldosas), dando primero el complejo coloreado que se forma por reacción entre el resorcinol en presencia de ácido clorhídrico. El complejo formado es color rojo- naranja.
Ensayo de Schiff
El reactivo de Schiff es útil para la detección del grupo aldehído, El bisulfito de sodio presente en este reactivo se descompone dando SO2 gaseoso, por lo cual en ambos métodos, solo se produce ácido leucosulfónico, incoloro, y que cambia a color magenta en presencia de un aldehído.
Ensayo de Foulger
Este reactivo calentando por cierto tiempo en presencia de aldosas, produce una coloración roja, mientras que en presencia de cetosas da coloración azul. El mecanismo de reacción con las aldosas no se conoce, pero se sabe que es un ensayo específico para la detección de fructosa, debido a que se forma un hidroximetil furfural con el ácido, el cual condensa con el cloruro estannoso y la urea, formando un compuesto de color azul oscuro. Es un ensayo más bien específico para la detección de fructosa, pero también actúa sobre disacáridos y polisacárdos, dado que funcione en un medio fuertemente acidificado.
glúcidos
Mónica Bube
Created on July 11, 2023
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Glúcidos
¿Qué son los glúcidos?
Los glúcidos son biomoléculas de fórmula química general Cn(H2O)n, por lo cual durante mucho tiempo se les llamó hidratos de carbono. La palabra glúcido proviene del vocablo griego γλυκύς (glyκýs o glukús) que significa dulce.
Los glúcidos son sustancias que químicamente consisten en polihidroxi aldehídos o polihidroxi cetonas
Debido a la presencia de tales grupos funcionales, pero también se pueden clasificar según el número de carbonos, y según si se trata de una sola subunidad (monosacáridos), dos de ellas (disacparidos) o muchas de ellas (polisacáridos).
Monosacáridos
Los monosacáridos son las subunidades o monómeros de los sacáridos, cuyo nombre proviene del griego σάκχαρ [sácchar] que significa "azúcar". Son los azúcares más simples ya que no son hidrolizables.
Propiedades de los monosacáridos
Son sustancias de sabor dulce, sólidos a T.A., neutros, incoloros, cristalinos, solubles en agua, ópticamente activos (excepto la dihidroxiacetona) y con baja solubilidad en solventes apolares. Los monosacáridos pueden unirse entre ellos mediante enlaces glucosídicos, formando compuestos que cuando tienen menos de 10 subunidades se denominan "osas".
Funciones de los glúcidos
Función energética: la glucosa es el glúcido que actúa como sustrato de las reacciones de oxidación que aportan energía a los seres vivos durante la respiración celular.
Función de reserva
En las plantas el almidón es la forma de reserva energética. El almidón es un biopolímero de glucosa que se almacena en las hojas, tallos, raíces, semillas, frutos etc. En los animales las reservas se almacenan bajo la forma de glucógeno en el hígado y en los músculos.
Función estructural
La celulosa es un polisacárido conformado por subunidades de glucosa, producido por los vegetales, donde conforman la pared celular aportando una estructura de sostén. La quitina es también un polisacárido conformado por glucosa, que integra la estructura del exoesqueleto de los artrópodos.
Función de señalización
Los glucolípidos y proteogicanos son componentes de membrana que están asociados a glúcidos , cumpliendo un rol de señalización. Las células que no tengan estos componentes en su superficie serán reconocidos como no propios.Por otro lado, los grupos sanguíneos A y B están dados por la presencia de una enzima que cataliza la unión de un glúcido complejo (antígeno) a la superficce de los eritrocitos, el cual es N-acetilglucosamina para el grupo A, y galactosamina para el B.
Función genética
El material genético que transmite la información hereditaria consiste en una base nitrogenada, un grupo fosfato y un azúcar, que es la desoxirribosa en el ADN y ribosa en el ARN.
Clasificación de los monosacáridos
Según el número de átomos de carbono:
Considerando el grupo funcional: aldosas
Azúcares simples con el grupo funcional aldehído
Aldotriosas Aldotetrosas Aldopentosas Aldohexosas
Considerando el grupo funcional: cetosas
Azúcares simples con el grupo funcional cetona:
CetotriosasCetotetrosas Cetopentosas Cetohexosas
Familia de las aldosas
Familia de las cetosas
Glucosa
La glucosa es una aldohexosa de gran importancia para los seres vivos, desempeñándose como molécula que aporta energía de forma rápida. La glucosa se reconoce por su característico sabor dulce, siendo producida por las plantas y organismos fotoautótrofos mediante la fotosíntesis, por lo cual se encuentra formando parte de las frutas y la miel. Su fórmula general es C6H12O6, y presenta diferentes isómeros. La glucosa es la la subunidad de polisacáridos de reserva como el almidón y el glucógno, y de polisacáridos estructurales como la celulosa y la quitina. Los heterótrofos también pueden sintetizarla a partir de moléculas precursoras como el lactato y glicerol.
Fructosa
La Fructosa es una cetohexosa de fórmula molecular C6H12O6, misma fórmula molecular, por lo cual son isómeros estructurales entre sí. La fructosa se encuentra formando parte de los vegetales y las frutas. Su poder endulzante es mayor que el de la glucosa, pero nutricionalmente no es la mejor opción usarlo como endulcorante dado que su metabolismo es lento e interfiere con el metabolismo de los ácidos grasos.
Estereoisomería
La configuración del hidroxilo unido al C quiral (C*) más alejado del carbonilo determina a qué serie pertenece el isómero: si está a la derecha (serie D), si está hacia la izquierda (serie L). Estos isómeros D y L son imágen especular el uno del otro, por lo tanto son par de enantiómeros. También están los diasterómeros, que son los estereoisómeros que no son imagen especular entre sí, entre los cuales tenemos un caso especial que son los epímeros. Los glúcidos presentan varios carbonos quirales, por lo que cambiando la configuración del -OH unido a uno de ellos y manteniendo igual las restantes obtenemos estereoisómeros llamados epímeros. Cálculo del nro. de estereoisómeros: 2n, siendo n=C*
D-glucosa y L-glucosa
La D-glucosa es el enantiómero natural, presente en los seres vivos, producido por las plantas y organismos fotosintéticos, y el que forma parte de las rutas metabólicas.. Mientras que la L-glucosa es un azúcar sintético utilizado para producir el pentaacetato L-glucosa, que es un agente terapéutico empleado en el tratamiento de la diabetes tipo 2. Además, la L-glucosa se puede utilizar como agente de limpieza de colon antes de un procedimiento de colonoscopia.
Epímeros
La D-manosa es epímero de la D-glucosa en C*2 , mientras que la D-galactosa lo es en C*4:
D-Manosa
La manosa es un monosacárido que se encuentra formando parte de algunos polisacáridos de las plantas (como el manano, el glucomanano, etc.), y en algunas glucoproteínas animales. Es una aldohexosa de fórmula molecular C6H12O6, misma que la de la D-glucosa, dado que son epímeros en C*2.
El Manano o también denominado konjac crece en China, Japón y Corea, debido a que es una gran fuente de almidón en sus bulbos, se utiliza para producir una harina y mermelada del mismo nombre. Es usado en el veganismo como sustituto de gelatina.
D-galactosa
La galactosa es un azúcar simple o monosacárido clasificado como aldohexosa, que se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético. Además, forma parte de los glucolípidos y las glucoproteínas de las membranas celulares, sobre todo de las neuronas. La galactosa es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa, que es un disacárido formado por la unión de glucosa y galactosa, por tanto el mayor aporte de galactosa en la nutrición proviene de la ingesta de lactosa de la leche.
Diasterómeros
Son isómeros que no son enantiómeros entre sí
Enantiómeros
Diasterómeros
Actividad óptica
Cada azúcar que presenta un carbono quiral (o carbono asimétrico), presentará actividad óptica, es decir, que desvía el ángulo de la luz polarizada, y presentando un isómero simétrico (o imagen especular, no superponible). Dentro del par de enantiómeros D y L ambos presentarán las mismas propiedades incluso desvían la luz polarizada en un mismo ángulo, pero uno hacia la derecha y la otra hacia la izquierda. No siempre es el isómero L el que desvía hacia la izquierda, ni el D a la derecha, eso es algo que se determina experimentalmente. El ángulo se llama ángulo de rotación o de desvío αD. Este ángulo depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la luz polarizada (haz monocromático), de la temperatura T, del disolvente, de la concentración y del espesor de disolución que atraviesa la luz (camino óptico).
Polarímetro
Este instrumento se utiliza para medir el desvío de la luz polarizada (luz que vibra en un solo plano) producido por los isómeros ópticos .Los componentes básicos del polarímetro son:
Polarimetría
Es una técnica que se basa en medir la rotación de luz polarizada al atravesar una muestra de sustancia óptimamente activa. La actividad óptica de una sustancia, tiene su origen en la asimetría estructural de las moléculas. El polarímetro permite determinar la concentración de una sustancia ópticamente activa en solución,
Ángulo de rotación (αD)
El ángulo se llama ángulo de rotación o de desvío αD. Este ángulo depende de la naturaleza de la sustancia, de la longitud de onda de la luz polarizada (haz monocromático), de la temperatura T, del disolvente, de la concentración y del espesor de disolución que atraviesa la luz (camino óptico). Ejemplo:
Forma meso y mezcla racémica
Existe un tipo especial de compuestos denominados forma meso, que si bien presenta carbonos quirales, no presenta actividad óptica, y eso ocurre porque presenta un plano de simetría interno, y la actividad óptica se anula del mismo modo que se anula cuando tenemos mezclas de igual concentración del isómero L y el D (lo que se denomina mezcla racémica o racemato).
Fenómeno de mutarrotación
Fue observado por primera vez por el científico francés Tanret, en 1895, y llevó al establecimiento de una estructura cíclica, en lugar de lineal para la glucosa. Éste fenómeno ocurre cuando la glucosa se disuelve en agua, ya que reacciona un hidroxilo de la cadena con el carbonilo del grupo funcional, (ya sea aldehído o cetona), formándose un hemiacetal cíclico, que se encuentra bajo dos formas: α o β.
Formación del hemiacetal cíclico
Anómero α y β.
El hemiacetal cíclico, se encuentra bajo dos formas: α o β. Como resultado de la ciclización, el carbono 1 se vuelve quiral y se denomina carbono anomérico. El hidroxilo del carbono 1 se encuentra hacia arriba en la configuración β, y hacia abajo en la α:
Estructuras cíclicas
Existen dos formas cíclicas que puede adoptar un azúcar, una es la forma hexagonal, y otra es la pentagonal. La forma hexagonal es similar a un compuesto denominado pirano, y la pentagonal, es similar al furano, por eso los azúcares que adopten la forma cíclica hexagonal agregarán a su nombre la terminación piranosa, y los que adopten la pentagonal agregarán la terminación furanosa.
Furano y pirano
Los hemiacetales cíclicos son especialmente estables si sus anillos son solo de 5 o 6 miembros como las estructuras cíclicas de pirano y furano:
Furanosa y piranosa
Estas estructuras cíclicas se denominan proyección de Haworth, mientras que la lineal se denomina proyección de Fisher. La forma cristalina y sólida de una aldosa es un hemiacetal cíclico. En solución acuosa la aldosa existe como mezcla en equilibrio del hemiacetal cíclico, con la forma de cadena abierta. Para la mayor parte de los azúcares, el equilibrio favorece la forma de hemiacetal cíclico.
Aldopiranosa
Las aldohexosas típicas como la glucosa, forman anillos de seis miembros con un enlace hemiacetal entre el carbono del aldehído y el hidroxilo del C5.
La forma de piranosa es termodinámicamente más estable que la forma de furanosa, lo que puede verse en la distribución de estas dos formas cíclicas en solución.
Cetofuranosa
El anillo de la furanosa puede ser un hemiacetal cíclico de una aldopentosa, o un hemicetal cíclico de una cetohexosa. La estructura en anillo de la furanosa consiste de cuatro átomos de carbono y uno de oxígeno, con el carbono anomérico a la derecha del oxígeno. El último carbono quiral (generalmente a la izquierda del oxígeno en una proyección de Haworth) determina si la estructura tiene una configuración D- o una L-. En una furanosa de configuración L-, el sustituyente del último carbono quiral apunta hacia atrás del plano, mientras que en una furanosa de configuración D-, ese carbono sale hacia adelante.
D-glucopiranosa y D-fructofuranosa
Generalmente el carbono anomérico sufre mutarrotación en solución, resultando en una mezcla en equilibrio de configuraciones alfa y beta.
α-D-glucopiranosa
β-D-fructofuranosa
Reglas para representar monosacáridos cíclicos
1) Los grupos que estaban a la derecha en la proyección de Fisher, quedan hacia abajo en la estructura cíclica, y los que estaban a la izquierda quedan hacia arriba. 2) Se debe girar en enlace C4-C5 de modo que el grupo hidroxilo en C5 pueda formar parte del anillo. 3) Para un azúcar de la serie D, esta rotación coloca al CH2OH (del C6) hacia arriba, y si es de la serie L, hacia abajo. 4) Se cierra el anillo y se dibuja el resultado, con el oxígeno siempre hacia el extremo derecho , y con el C1 a la derecha.
Propiedades de los anómeros
. Como los anómeros son diastereómeros, por lo general tienen propiedades diferentes. Por ejemplo la α-D-glucopiranosa tiene un punto de fusión de 146 °C y un αD = +112,2 °, mientras que la β-D- glucopiranosa tiene un punto de fusión de 150°C y un αD =18,7°. En solución acuosa, los dos anómeros están en equilibrio a través de una pequeña cantidad de la forma de cadena abierta. El fenómeno de mutarrotación, implica la interconversión de las dos formas anoméricas, y cuando uno de los dos anómeros puros se disuelve en agua, la rotación del ángulo de la luz polarizada cambia gradualmente a un valor intermedio, que es el resultado de las concentraciones de los anómeros en equilibrio.
Enlace glicosídico
El enlace glicosídico, o también llamado O-glicosídico se establece entre dos grupos hidroxilo de diferentes monosacáridos, con pérdida de una molécula de agua, por lo cual esta es una reacción de condensación. - Si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro hidroxilo (grupo alcohol del segundo monosacárido), se establece un enlace monocarbonílico. Si intervienen los grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, será un enlace dicarbonílico.
Sacarosa
Es el azúcar de mesa presente en un 20 % del peso en la caña de azúcar y en un 15 % del peso de la remolacha azucarera. La miel también contiene gran cantidad de sacarosa parcialmente hidrolizada. Es un disacárido de glucosa y fructosa. Se sintetiza en plantas, pero no en animales superiores.
Enlace glicosídico en la sacarosa
El enlace entre la glucosa y la fructosa es de tipo alfa (1-2), eso significa que participa la alfa-D-glucosa y beta-D-fructosa., y a su vez de tipo dicarbonílico dado que participan los dos hidroxilos anoméricos, es decir el que se encuentra unido al carbono asimétrico de la glucosa, y el que se encuentra unido al C2 que es carbono asimétrico de la fructosa.
+ H2O
Enlace O-glicosídico
Maltosa
La maltosa fue descubierta por el francés Augustin-Pierre Dubrunfaut, y luego difundido en 1872 por el químico y cervecero irlandés Cornelius O'Sullivan y su nombre proviene de malt, del inglés antiguo mealt y el sufijo -osa, un sufijo que forma nombres de azúcares y otros carbohidratos. También se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Aporta una carga glucémica muy elevada.
Enlace o-glucosídico en la maltosa
La maltosa es un disacárido formado por dos glucosas unidas mediante un enlace glicosídico alfa(1→4). Se conoce también como maltobiosa y como azúcar de malta, ya que aparece en los granos de cebada germinados.
Lactosa
La lactosa es un disacárido formado por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa. Se conoce también como azúcar de la leche, ya que es producida y secretada por las glándulas mamarias de las hembras de la mayoría de los mamíferos en una proporción variable entre el 4 al 6%. En los yogures la lactosa se convierte en ácido láctico.
Enlace o-glicosídico en la lactosa
+ H2O
Polisacáridos
Las macroléculas formadas por más de 10 monosacáridos se denominan polisacáridos. Cuando en la estructura también setán presentes otro tipo de moléculas como lípidos, proteínas u otros grupos funcionales como acetilo, amino, sulfato etc., en ese caso se denominan heteropolisacáridos, de lo contrario cuando solo tienen unidades del mismo tipo se llaman homopolisacáridos, como la amilosa, el almidón, el glucógeno, la celulosa.Por otro lado dentro de los heteropolisacáridos tenemos como ejemplo las pectinas, el agar, la condroitina, el ácido hialurónico, la heparina y los mucopolisacáridos.
Almidón
Es un polisacárido de reserva producido por las plantas, constituido por amilosa y amilopectina mediante enlaces enlaces α-1,4 y enlaces ramificados α-1,6. Proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo a través de diversos productos panificados, cereales, tubérculos etc.
Amilosa
Amilopectina
Glucógeno
El glucógeno es un polisacárido de reserva formado por cadenas ramificadas de glucosa. Abunda en el hígado y en menor cantidad en el músculo. Su estructura se parece a la de la amilopectina del almidón, aunque es mucho más ramificada. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4; uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina. Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 120 000 monómeros de glucosa.
Celulosa
La celulosa es un biopolímero compuesto exclusivamente de moléculas de β-glucosa 1 (desde cientos hasta varios miles de unidades) mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico. Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, por lo que se vuelve insoluble en agua, originando fibras compactas que aportan estructura a las células vegetales.
Quitina
La quitina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos, y del exoesqueleto de los artrópodos. Es un polisacárido, compuesto de unidades de N-acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucosa-2-amina). Éstas están unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de glucosa componen la celulosa, y del mismo modo aportan sostén y resistencia al exoesqueleto y la pared celular de los hongos.
Heparina
La heparina es un glicosaminoglicano sulfatado con función anticoagulante y con la densidad de carga más alta conocida de todas las biomoléculas. La heparina se almacena generalmente dentro de los gránulos secretores de mastocitos y se libera en el sistema vascular solo en los sitios de lesión de los tejidos. Actúa sobre la trombina, que desempeña un importante papel en la formación del coágulo en la sangre.
Reacciones de los polisacáridos: hidrólisis
Los polisacáridos pueden ser hidrolizados de forma enzimática por parte de las amilasas de la saliva que actúan sobre el almidón. O también pueden ser hidrolizados en medio ácido acuoso y calor.
Reducción
Las aldosas pueden ser reducidas a alcoholes, al ser tratadas con un agente reductor suave como el borohidruro de sodio, o mediante hidrogenación catalítica, o la fermentación alcohólica producida por levaduras durante la producción de vinos y cervezas. Estos alcoholes obtenidos se denominan alditoles, y se nombran agregando la terminación -itol al nombre raíz del azúcar.
El sorbitol es un edulcorante nutritivo o calórico, porque cada gramo contiene 2,4 calorías, bastante menos que la sacarosa.Es usado en los chicles "sin azúcar", dado que como no puede ser metabolizado por las bacterias bucales, no induce la aparición de caries.
Oxidación
El grupo aldehído de las aldosas se oxida a ácido carboxílico en presencia de bromuro, mientras que las cetosas no, por lo que es útil para su reconocimiento. Al emplear ácido nítrico, que es un oxidante más fuerte, se obtiene un ácido dicarboxílico, porque también se oxida el grupo CH2OH terminal.
La uva se agria cuando sufre daño que la expone al oxígeno atmosférico,oxidando la glucosa a ácido glucónico y afectando la calidad del vino.
Reacción con lugol
La coloración producida por el Lugol se debe a que el yodo se intercala entre las ramificaciones del almidón generando una coloración azul-violeta, como consecuencia de un cambio físico.
Ensayo de Fehling
Este ensayo permite reconocer azúcares reductores. Los azúcares reductores son aquellos que tienen libre el hidroxilo anomérico, el cual se oxida reduciendo al catión Cu2+presente en el reactivo de Fehling, pasando éste a formar Cu2O, que se evidencia como un precipitado color naranja..Este ensayo no sirve para diferenciar aldosas de cetosas, porqu e funciona bajo condiciones fuertemente alcalinas, de modo que el grupo cetona de una cetosa se convierte en aldehído, dando un falso positivo.
Ensayo de Tollens
Se emplea para detectar azúcares reductores, al reducirse el catión Ag+ del reactivo de Tollens, produciéndose unanión carboxilato, y un precipitado de plata metálica que forma un espejo en el interior del tbo de ensayo. El reactivo de Tollens reacciona con las aldosas de cadena abierta, pero no puede distinguir entre aldosas y cetosas, porque en condiciones alcalinas una cetosa se convierte en aldosa.
Precipitado de plata metálica resultante en un ensayo positivo de Tollens.
Ensayo de Barfoed
Permite identificar monosacáridos. La Prueba de Barfoed se basa en la reducción del catión Cu2+ a Cu+, el cual forma un precipitado color rojo ladrillo debido a la formación de un precipitado de Cu2O. Los disacáridos también pueden reaccionar, pero en forma más lenta.
Ensayo de Seliwanoff
Este ensayo permite diferenciar cetohexosas y aldohexosas en función del tiempo de reacción (las cetohexosas se deshidratan más rápido que las aldosas), dando primero el complejo coloreado que se forma por reacción entre el resorcinol en presencia de ácido clorhídrico. El complejo formado es color rojo- naranja.
Ensayo de Schiff
El reactivo de Schiff es útil para la detección del grupo aldehído, El bisulfito de sodio presente en este reactivo se descompone dando SO2 gaseoso, por lo cual en ambos métodos, solo se produce ácido leucosulfónico, incoloro, y que cambia a color magenta en presencia de un aldehído.
Ensayo de Foulger
Este reactivo calentando por cierto tiempo en presencia de aldosas, produce una coloración roja, mientras que en presencia de cetosas da coloración azul. El mecanismo de reacción con las aldosas no se conoce, pero se sabe que es un ensayo específico para la detección de fructosa, debido a que se forma un hidroximetil furfural con el ácido, el cual condensa con el cloruro estannoso y la urea, formando un compuesto de color azul oscuro. Es un ensayo más bien específico para la detección de fructosa, pero también actúa sobre disacáridos y polisacárdos, dado que funcione en un medio fuertemente acidificado.