Carbohidratos

CARBOHIDRATOS

¿Qué es un carbohidrato?

Un carbohidrato es un polihidroxialdehído o una polihidroxicetona o una substancia que al hidrolizarse produce uno de éstos.

El origen del nombre "carbohidrato" surge del hecho de que muchas de las substancias de esta clase tienen formulas empíricas que sugieren que hay carbonos "hidratados", en los que la razón de átomos de carbono a hidrógeno a oxígeno es de 1:2:1. Por ejemplo, la formula empírica de D-Glucosa es C6H12O6, que también puede escribirse como (CH2O)6 ó C6(H2O)6. Sin embargo, aunque muchos carbohidratos se conforman a esta formula empírica (CH2O)n, muchos otros no responden a la misma y otros contienen nitrógeno, fósforo o azúfre.

¿Cuántas clases de carbohidratos existen?

Hay tres principales clases de carbohidratos: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. El término "sacárido" viene de la palabra griega 'sakkharon' que significa azúcar (en latín 'saccharum').

Los monosacáridos son la azúcares simples, es decir, aquellas que contienen una sola unidad polihidroxialdehídica o cetónica. El monosacárido más abundante en la naturaleza es D-glucosa, azúcar de seis carbonos.

Si el monosacárido es un polihidroxialdehído, se clasifica como una aldosa; si es una polihidroxicetona, entonces es una cetosa. Los monosacáridos mas simples contienen tres carbonos: las triosas gliceraldehído (aldosa) y dihidroxiacetona (cetosa). Monosacáridos de 4, 5, 6 y 7 carbonos se conocen como tetrosas pentosas, hexosas y heptosas, respectivamente. Cada una de éstas existe en dos series: aldotetrosas y cetotrosas, aldopentosas y cetopentosas, aldohexosas y cetohexosas, etc.

Los oligosacáridos (del griego "oligos", pocos) consisten de cortas cadenas de unidades de monosacáridos unidas entre sí por enlaces covalentes. De éstos, los más abundantes son los disacáridos , que contienen dos unidades monosacáridas. Ejemplo típico es sacarosa, o azúcar de la caña.

Muchos oligosacáridos de tres o más unidades no se encuentran en forma libre sino unidas a cadenas polipéptidas laterales en las glicoproteínas.

Los polisacáridos consisten de largas cadenas conteniendo cientos o miles de unidades monosacáridas. En esta clasifica- ción están celulosa, glucógeno y almidón.

¿Exhiben quiralidad los carbohidratos?

Sí, todos los monosacáridos, excepto dihidroxiacetona, contienen uno a más centros quirales, por lo que se encuentran en formas isoméricas ópticamente activas. Gliceraldehído, la aldosa más simple, contiene un sólo centro quiral, por lo que existe como un par de enantiómeros:

El D-Gliceraldehído (configuración R) tiene el grupo -OH en el carbono quiral hacia la derecha; L-Gliceraldehído (configuración S) lo tiene hacia la izquierda. Todos lo estereoisómeros de los monosacáridos están relacionados a este estándar, por lo que los prefijos D- y L- se usan para referirse a la configuración del carbono quiral más distante del carbonilo. Por ejemplo:

¿Qué son epímeros?

Cuando dos azúcares difieren sólo en la configuración de uno de sus átomos de carbono se dice que son azúcares epímeras. Los epímeros son, pués, diasterómeros. Por ejemplo D-Glucosa y D-Manosa son epímeras con respecto al carbono 2, mientras que D-Glucosa y D-Galactosa lo son con respecto al carbono 4:

¿Qué tipo de estructura exhiben los monosacáridos?

Aunque se presentan las estructuras en forma de cadena recta, lo cierto es que ésto sólo es correcto para las triosas y tetrosas.

Por lo general, monosacáridos con cinco o más carbonos se encuentran en solución como estructuras cíclicas en las que el grupo carbonilo no está "libre" sino que forma un enlace covalente con un grupo -OH de la cadena. El nuevo enlace genera un hemiacetal, lo que convierte el carbono del carbonilo en un nuevo centro quiral.

El monosacárido cíclico existe, entonces, como dos estereoisómeros diferentes, llamados anómeros y designados con las letras (alfa) y ß (beta).

¿Qué es un hemiacetal?

La formación de un hemiacetal surge de la reacción de un grupo carbonilo con un alcohol, como se ilustra a continuación:

Por enlazar cuatro grupos diferentes, el carbono del hemiacetal es quiral. Este carbono es el carbono del carbonilo en el aldehído.La formación del nuevo centro quiral genera un par de estereoisómeros.

En la química de los carbohidratos, el nuevo carbono quiral de denomina carbono anomérico porque genera dos anómeros: diasterómeros que son epímeros en el carbono hemiacetálico.

Por ejemplo, D-Glucosa produce los anómeros alfa-D-Glucopiranosa y ß-D-Glucopiranosa:

Se ha establecido que los grupos que están orientados hacia la derecha en la estructura de cadena recta se dibujen hacia abajo en la estructura cíclica; los que están hacia la izquierda en la cadena recta, en la cíclica se dibujan hacia arriba.

Loa anómeros son, pués, formas isoméricas de un monosacárido que difieren en la configuración del carbono hemiacetálico.

¿Por qué a los anómeros de D-Glucosa se les da el nombre de piranosa?

Loa anómeros de D-Glucosa se les da el nombre de piranosa porque la estructura del hemiacetal cíclico se asemeja a pirano, un compuesto heterocíclico con seis miembros en el anillo:

(Cabe señalar que en la formación de los anómeros de D- Glucosa también se forman hemiacetes cíclicos de cinco miembros en el anillo, pero éstos son menos estables que los anómeros de seis miembros y se producen solo en trazas.)

¿Qué propiedades exhiben los anómeros?

Por ser diasterómeros, los anómeros exhiben diferentes propiedades físicas. Por ejemplo, la rotación específica del anómero alfa es [ ] = + 112.2°; la del anómero ß es [ ] = + 18.7°. Los puntos de fusión son de 146°C para

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