Carbohidratos

Los carbohidratos son molécula orgánica compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno. Se pueden unir a otro tipo de moléculas y se clasifican en monosacáridos (ej. glucosa), oligosacáridos (ej. lactosa) y polisacáridos (ej. almidón y celulosa). Se les llama carbohidratos debido a que su formula es típicamente (CH2O)n, donde n es un entero, como por ejemplo el 5 (C5H10O5), 6 (C6H12O6), etcétera. Aunque esta fórmula sugiere que los átomos de carbono están unidos al agua, las moléculas son un poco más complicadas.

Como la mayoría de las moléculas biológicas, los carbohidratos pueden ser monómeros y polímeros. Los carbohidratos pequeños son llamados azúcares, donde se incluyen a los monosacáridos (azúcares sencillos) y algunos disacáridos (dos azúcares unidas). Los carbohidratos grandes son llamados polisacáridos. Cada átomo de carbono en una molécula de azúcar tiene un hidrógeno (H) y un grupo hidroxilo (-OH), excepto el átomo de carbono que también tiene un grupo carbonilo (=O), como se muestra en la figura de abajo.

Si el grupo carbonilo (C=O), se localiza en una parte terminal del azúcar, se clasifica como grupo aldehído y se le llama aldosa. Si se localiza en un carbono interno, se clasifica como grupo cetona y el azúcar es una cetosa. Los nombre de los azúcares tienen la terminación -osa. Los ejemplos más comunes son la glucosa, fructuosa, sacarosa y lactosa.

Todos los carbohidratos están formados por unidades estructurales de azúcares, que se pueden clasificar según el número de unidades de azúcar que se combinen en una molécula en:

• Monosacáridos: Glucosa, fructosa, galactosa

• Disacáridos: Sacarosa, lactosa, maltosa.

• Polioles: Isomaltosa, sorbitol, maltitol

• Oligosacáridos: Maltodextrina, fructo-oligosacáridos.

• Polisacáridos: Almidón: Amilosa, amilopectina

• Sin almidón: Celulosa, pectinas, hidrocoloides

Otra clasificación que tenemos es en función del tipo y número de productos que se forman al hidrolizarse en medio ácido:

• Monosacáridos: carbohidratos que no pueden hidrolizarse.

• Disacáridos: al hidrolizarse producen dos monosacáridos (iguales o diferentes).

• Oligosacáridos: al hidrolizarse dan de tres a diez moléculas de monosacáridos.

• Polisacáridos: al hidrolizarse producen más de diez moléculas de monosacáridos.

- Monosacáridos:

En forma sólida son de color blanco, cristalino, muy soluble en agua e insoluble en disolventes no polares. La mayoría tienen sabor dulce. Como hemos visto, no pueden ser hidrolizados en moléculas más sencillas. Son los azúcares más sencillos, son aldehídos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o más grupos hidroxilo.

a) Los monosacáridos pueden subdividirse en grupos según el número de átomos de carbono que poseen:

1. Triosas (CH2O)3

2. Tetrosas (CH2O)4

3. Pentosas (CH2O)5

4. Hexosas (CH2O)6

5. Heptosas (CH2O)7

6. Octosas (CH2O)8

Pueden subdividirse, además, en aldosas y cetosas según tengan un grupo aldehído o ceto:

LOS AZUCARES PRESENTAN ESTRUCTURA CICLÍCA

El grupo carbonilo es un grupo muy reactivo y forma hemiacetales al reaccionar con un grupo -OH propio o de otra molécula. En el caso de que la cadena del azúcar sea lo suficientemente larga (4-6 átomos de carbono), uno de los grupos hidroxilo de la misma molécula puede reaccionar con el grupo carbonilo para formar un hemiacetal cíclico, que se halla en equilibrio con la forma de aldehído o de cetona libre. Los éteres de hidroxilo hemiacetálico reciben el nombre de glucósidos.

De esta forma, por ejemplo la glucosa, el monosacárido más común, se puede representar de tres maneras:

Las estructuras cíclicas de estos monosacáridos pueden ser de tipo piranosa (anillo de 6 elementos) o de tipo furanosa (anillo de 5 elementos), la nomenclatura se debe a que son similares a los compuestos conocidos como pirano y furano:

Derivados de los Azucares:

a) D-glucuronato

Un derivado carboxílico de la glucosa D-glucuronato, que forma parte de los glucurónidos y está presente en los glucosaminoglucanos.

b) Aminoazúcares

Diversos grupos hidroxilo de los monosacáridos se pueden sustituir por grupos amino. Entre las más conocidas están la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-D-glucosa)y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa).

c) Aminoazúcares ácidos

El ácido N-acetilmurámico, derivado de la N-acetil-glucosamina, participa en la formación de las paredes bacterianas y asegura así su rigidez.

N-acetilmurámico

d) Ácidos siálicos

El ácido neuramínico es una cetosa de nueve átomos de carbono que resulta de la condensación del ácido pirúvico con la D-manosamina. El ácido neuramínico no existe en estado libre, sino que siempre se presenta combinado (N-acetil, N-glucosil, O-acetil, O-glucosil). Estas combinaciones constituyen los ácidos siálicos.

N-acetilneuramínico

Los ácidos siálicos son de gran interés en biología. Intervienen en la formación de las glucoproteínas así como de los glucolípidos de las membranas celulares.

e) Ácido L-ascórbico

El ácido L-ascórbico es la vitamina C y es un compuesto muy reductor.

L-ascórbico L-dehidroascórbico

f) Desoxiazúcares

Son azúcares en los que se ha sido eliminado el oxígeno de un grupo hidroxilo, dejando el hidrógeno. Entre los desoxiazúcares tenemos 2-desoxirribosa es uno de los componentes fundamentales del ADN.

L-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), forma parte de los poliósidos de la leche y las glucoproteínas. L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa) está presente en la pared de algunas células bacterianas y vegetales.

g) Inositoles o ciclitoles

Los inositoles o ciclitoles son derivados del ciclohexano en los cuales un hidrógeno de cada carbono ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo.

Mioinositol

Los disacáridos son azúcares compuestos por dos residuos de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico (éter), con pérdida de una molécula de agua al realizarse dicha unión. El enlace glucosídico es la formación de un acetal entre el -OH anomérico de un monosacárido y un -OH de otro monosacárido; es estable frente a la acción de las bases, sin embargo se hidroliza frente a los ácidos. Podemos hablar de dos grandes grupos de disacáridos dependiendo de la existencia o no de un -OH anomérico libre (es decir, si no entra o si entra a formar parte del enlace glucosídico):

Reductores:presentan un -OH anomérico libre.

No reductores: no presentan ningún -OH anomérico libre.

Los disacáridos se nombran indicando el lugar de formación del enlace glucosídico, el tipo de configuración cíclica y el nombre de los azúcares que intervienen. Por ejemplo, la lactosa es la 1-b-D-galactopiranosil-4-a-D-glucopiranosa:

Los disacáridos más importantes son los que se detallan a continuación:

OLIGOSACARIDOS: Los oligosacáridos al hidrolizarse dan de tres a seis moléculas de monosacáridos. Así los trisacáridos están formados por la condensación de tres moléculas de monosacáridos. Por ejemplo la radinosa que es a-D-galactopiranosil [1->6] a-D-glucopiranosil [1->2] b-D-fructofuranosido es el azúcar de la remolacha.

POLISACARIDOS: Los polisacáridos, también llamados poliósidos o glucanos, están formados por más de 10 residuos de monosacáridos. A continuación, se resumen las características más importantes de los principales tipos de polisacáridos.

-a) Almidón

El almidón está formado por una cadena a-glucosídica, que es un polímero de glucosas unidas a través de enlaces 1-> 4, con enlaces 1-> 6 en los puntos de ramificación. Constituye la fuente más importante de carbohidratos de los alimentos y se encuentra en cereales, patatas, legumbres y otros vegetales. Los dos constituyentes principales del almidón son la amilosa y la amilopectina.

La amilosa constituye de un 15 a un 20% del almidón y tiene estructura helicoidal no ramificada.

La amilopectina constituye un 80-85% del almidón y consiste en cadenas muy ramificadas, de 24 o 30 residuos de glucosa unidos por enlaces 1->4 en las cadenas y por enlaces 1->6 en los puntos de ramificación.

b) Glucógeno

El glucógeno es el polisacárido que se almacena en el organismo animal, a veces se designa como almidón animal. El glucógeno posee una estructura mucho más ramificada que la de la amilopectina, con cadenas de 11 a 18 residuos de α-glucopiranosa unidos por enlaces glucosídicos α [1-> 4] y ramificaciones unidas a las cadenas por medio de enlaces glucosídicos α [1-> 6].

c) Celulosa

La celulosa es un constituyente importante del armazón de los vegetales. Consiste en unidades de β-D-glucopiranosa unidas por enlaces β [1->4] formando cadenas rectas y largas, reforzadas por enlaces cruzados de puentes de hidrógeno. La celulosa no puede ser digerida por muchos mamíferos, incluyendo el hombre (debido a la carencia de una hidrolasa que ataque el enlace β [1->4]). En el intestino de los rumiantes y otros herbívoros existen microorganismos capaces de hidrolizar estos enlaces β, haciendo disponible la celulosa como fuente calórica importante para tales animales.

d) Quitina

La quitina es un tipo de polisacárido de gran importancia estructural en los invertebrados. Se puede encontrar en los exoesqueletos de crustáceos e insectos. Las unidades básicas son N-acetil-D-glucosaminas unidas por enlacesβ [1->4] glucosídicos.

Glucosaminoglucanos

Los glucosaminoglucanos (mucopolisacáridos) están constituidos por cadenas de carbohidratos complejos, caracterizándose por contener aminoazúcares y ácidos urónicos. Cuando estas cadenas se unen a una molécula de proteína, el compuesto se conoce como un péptidoglucano. Se encuentran relacionados con elementos estructurales de los tejidos animales, como la elastina y el colágeno o como el propio tejido óseo. Presentan la propiedad de retener grandes cantidades de agua y de adoptar una conformación extendida en disolución, por lo que son útiles a la hora de acojinar o lubricar; en la manifestación de estas propiedades es importante el gran número de grupos -OH y de cargas negativas de estas moléculas, lo que permite, por el establecimiento de fuerzas de repulsión, que se conserven relativamente separadas entre sí las cadenas de carbohidratos. Ejemplos de este tipo de polisacáridos son: el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.

Heparina: 2-sulfato de D-glucuronato (1->4) 6 sulfato de N-sulfo-D-glucosamina (1->4)

Ácido hialurónico: D-glucuronato (1->3)N-acetil-D-glucosamina) (1->4)

4-Sulfato de condroitina: D-glucuronato (1->3)N-acetil-D-glucosamina) (1->4)

Glucoproteínas (mucoproteínas)

Las glucoproteínas existen en muchas condiciones diferentes en los líquidos corporales y en los tejidos, incluso en las membranas celulares. Son proteínas que contienen carbohidratos en diversas proporciones, adheridos a ellas en forma de cadenas cortas o largas (más de 15 unidades), ramificadas o no. Dichas cadenas se denominan cadenas oligosacáridas.

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