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Apuntes sobre glúcidos...

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TEMA 3. GLÚCIDOS. 1. Definición y clasificación 1.1. Definición de glúcido glúcidos. s. 1.2. Clasificación 2. Los monosacáridos. 2.1. Composición y no nomenclatura. menclatura. 2.2. Propiedades de los m monosacáridos onosacáridos 2.3. Isomería. 2.4. Actividad óptica o is isomería omería óptica. 2.5. Fórmulas lineales. 2.5.1. Fórmulas cíclicas 2.5.2. Principales monosac monosacáridos áridos ♦Glucosa. Glucosa. ♦Fructosa. Fructosa. ♦Ribosa. Ribosa. ♦Desoxirribosa. Desoxirribosa. 3. Los oligosacáridos. El en enlace lace o-glucosídico. 3.1. Enlace o-glucosídico. 3.2. Disacáridos ♦Sacarosa. Sacarosa. ♦Maltosa. Maltosa. ♦Lactosa. Lactosa. 4. Polisacáridos ♦Almidón Almidón ▪ Amilasa. ▪ Amilopectina. ♦Glucógeno. Glucógeno. ♦Celulosa. Celulosa. ♦Quitina. Quitina. 5. Funciones principales d dee los glúcidos. ► Energética. ► De reserva. ► Estructurales.

1. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN 1.1. DEFINICIÓN DE GLÚCIDOS. Los glúcidos, también denominados azúcares, son compuestos químicos formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). Su fórmula empírica es parecida a C n H2n On , es decir (C H2 O)n . Por ello, se les suele llamar también hidratos de carbono o carbohidratos carbohidratos. Este nombre es en realidad poco apropiado, ya que no se trata de átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino de átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también hidroxilos, y a radicales hidrógeno (-H). Además, siempre tienen un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O). El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO), o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como poli polihidroxialdehídos hidroxialdehídos o polihidroxice polihidroxicetonas tonas tonas, o como moléculas formadas por la unión de éstos.

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Aunque, como se ha comentado, los glúcidos responden generalmente a la fórmula empírica (C H2 O)n , algunos pueden contener átomos de otros elementos químicos, como nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). En el cuadro que sigue se muestran las características de polihidroxialehídos y polihidroxicetonas (tomado de Biología 2º Bachillerato Ed. Anaya)

Los glúcidos suponen hasta un 90% de las biomoléculas orgánicas en algunos organismos, de ahí su importancia biológica. Se les ha llamado a zúcares por su sabor dulce, aunque algunos, como la celulosa o el almidón, no tienen dicho sabor.

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1.2. CLASIFICACIÓN ■Monosacáridos u osas. Poseen de 3 a 7 átomos de carbono en su molécula. ■Ósidos. Están formados por la unión de varios monosacáridos, pudiendo existir además otros compuestos en su molécula, como lípidos o proteínas. Holósidos Holósidos. Están formados sólo por monosacáridos u osas. Según su número se diferencian: ●Holósidos Oligosacárid Oligosacáridos os os. Si está formado entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son los ▪Oligosacárid disacáridos, que resultan de la unión de dos monosacáridos. Polisacáridos Polisacáridos. Si su número es superior a 10 monosacáridos. ▪Polisacáridos - Homopolisa Homopolisacáridos cáridos . Si son todos iguales. - Heteropolisacár Heteropolisacáridos idos idos. Si hay más de un tipo de monosacáridos. Heterósidos Heterósidos. Están formados por monosacáridos y otros compuestos no glucídicos. A la parte no glucídica ●Heterósidos se le denomina agl aglucón ucón.

(Cuadro extraído de Biología 2º Bachillerato Ed. Anaya)

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2. LOS MONOSACÁRIDOS U OSAS. Los monosacáridos son los azúcares más sencillos (monómeros), y por lo tanto no son hidrolizables (no se pueden descomponer por hidrólisis en otros glúcidos más simples). Contienen un número de carbonos que varía entre 3 y 7. Su denominación alude al número de carbonos y termina en el sufijo –osa: triosas (3C), tetrosas (4C), pentosas (5C), hexosas (6C) y heptosas (7C). Los monosacáridos con más de 7 átomos de carbono son escasos e inestables. Los monosacáridos son sólidos cristalinos, de color blanco y solubles en agua. Presentan un característico sabor dulce, por lo que también reciben el nombre de azúcares. Químicamente se caracterizan por: -

Poseer un esqueleto carbonado con grupos alcohólicos o hidroxilos. Poseer un grupo aldehído (aldosas ) o cetónico (cet cetosas osas). Las aldosa aldosass tienen un grupo aldehído en el C1. Las c etosas tienen un grupo funcional cetona en el C2.

Todos los monosacáridos tienen poder reductor, debido a la presencia de los grupos aldehído y cetona, que pueden oxidarse a carboxilos. Nomenclatur Nomenclaturaa.- Los monosacáridos se nombran anteponiendo los prefijos –aldo aldo o –ceto ceto al nombre que indica su número de átomos de carbono, seguido de la terminación –osa osa . Ejemplo: la aldotriosa (aldehído de tres átomos de carbono). Si en lugar del aldehído posee un grupo funcional cetona, será una cetotriosa.

2.2. PROPIEDADES DE LOS MONOSACÁRIDOS - Son cristalizables, sólidos - De color blanco. - Sabor dulce. - Solubles en agua. - Con poder reductor, debido a la presencia del grupo aldehído o cetona. - No son hidrolizables. - Presentan actividad óptica. - Isomería.

2.3. ISOMERÍA. Cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular (igual nº de átomos de cada clase) y distintas fórmulas estructurales (los átomos se encuentran unidos de distinta forma), se dice que cada uno de ellos es isó isómero mero de los demás.

Los isómeros se diferencian por presentar distintas propiedades, ya sean físicas o químicas. En los monosacáridos podemos encontrar is isomería omería de funció función n, isomería isomería mería óptica óptica. espacial o estereoisomería e iso ISOMERÍA DE FU FUNCIÓN NCIÓN. Los isómeros se distinguen por tener distintos grupos

Imagen tomada de Biología 2º Bach. Ed. SM

funcionales. Las aldosas son isómeros de las cetosas, ya que poseen idéntica fórmula molecular, pero son diferentes por tener grupos funcionales distintos. Es el caso del gliceraldehído y la dihidroxiacetona, cuya fórmula molecular es C3H6O3.

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La glucosa y la fructosa son is isóm óm ómeros eros de funci función ón.

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estereoisómeros meros se diferencian en la Los estereoisó disposición espacial de sus átomos.

ISOMERÍA ESPACIAL. Los isómeros espaciales, o estereoisómeros , se producen cuando la molécula presenta uno o más carb carbonos onos asi asimétricos métricos (carbono unido a cuatro radicales químicos distintos). Los radicales unidos a estos carbonos pueden disponerse en el espacio en distintas posiciones. Cuantos más carbonos asimétricos tenga la molécula, más tipos de isomería se presentan. (El número de estereoisómeros que presenta un monosacárido depende del número de carbonos asimétricos, de tal forma que una molécula con n carbonos asimétricos puede tener 2n estereoisómeros).

El carbono asimétrico más alejado del grupo funcional sirve como referencia para nombrar la isomería de una molécula. Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra representado a su derecha en la proyección lineal se dice que esa molécula es D. Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra representado a su izquierda en la proyección lineal se dice que esa molécula es L. Ejemplo: Observemos el caso del gliceraldehido (aldotriosa), la aldosa más sencilla. Contiene solamente un C asimétrico y, por tanto, puede presentar 21 estereoisómeros diferentes. El isómero D , que lleva el –OH a la derecha, y el isómero L, que lleva el –OH a la izquierda.

Imagen tomada de Biología

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Imagen tomada de Biología 2º Bachillerato. Ed. Editex

Si se disponen las cuatro valencias del carbono asimétrico hacia los cuatro vértices de un hipotético tetraedro, vemos que ambos estereoisómeros son imágenes especulares una de otra. No se pueden superponer.

♦ Enantiómeros Enantiómeros, son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los carbonos asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera. Por tanto, si dos estereoisómeros son imágenes especulares uno del otro, se dice nantiómeros meros. La posición del grupo –OH del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo permite que son enantió diferenciar ambas moléculas: o

La forma D, cuando el OH está a la derecha

o

La forma L, cuando el OH está a la izquierda

Epímeros, a las moléculas isómeras que ♦ Epímeros se diferencian en la posición de un único -OH en un carbono asimétrico. Los epímeros no son imágenes especulares.

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Los enantiómeros y los epímeros son dos tipos de estereoisómeros.

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Actividad Actividad: Señala qué moléculas son D y qué moléculas son L

2.4. ACTIVIDAD ÓPTICA o ISOMERÍA ÓPTICA. La presencia de carbonos asimétricos determina una importante propiedad de los monosacáridos en disolución: la actividad óptica óptica. Esta es la capacidad que poseen estas moléculas para desviar el plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución. Cada molécula efectúa una rotación del plano de polarización; un ángulo concreto hacia la derecha o hacia la izquierda. Por tanto, cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre una disolución de monosacáridos que poseen carbonos asimétricos el plano de luz se desvía. Si la desviación se produce en el sentido de las agujas del reloj, se dice dextrógiro xtrógiro y se representa con el signo (+). Si la desviación es contraria a la agujas del reloj, se dice que el isómero es de que el isómero es levógiro y se representa con el signo (-). Estos isómeros ópticos no se corresponden necesariamente con las moléculas estereoisómeras D y L; puede ocurrir que un estereoisómero D sea levógiro o dextrógiro y lo mismo ocurre con un estereoisómero L.

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La desviación se debe a

la

ausencia

de

planos de simetría en la molécula.

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2.5. FÓRMULAS LINEALES. Las fórmulas con estructura en forma de cadena abierta de los monosacáridos se denominan "proyección de Fischer", se sitúa el grupo funcional principal en la parte superior y los grupos hidroxilos a la derecha o a la izquierda. Los enlaces simples entre los átomos forman ángulos de 90o, resultado de proyectar en el plano las estructuras tetraédricas de los carbonos. En la naturaleza, salvo raras excepciones, los monosacáridos se presentan en la forma D. ALDOSAS

CETOSAS

2.5.1. FÓRMULAS CÍCLICAS Las aldopentosas y las hexosas en disolución no presentan estructura lineal, sino que presentan estructuras cerradas o cíclicas llamadas “proyección de Haworth”. El enlace de ciclación se genera entre el grupo carbonilo (=O), y el hidroxilo (-OH) del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional, el carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas. Si la reacción es entre un alcohol y un grupo aldehído el enlace se llama hemia hemiacetal cetal cetal, y si es

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entre un alcohol y una cetona se llama h emicetal . Este enlace no implica pérdida ni ganancia de átomos, sino una reorganización de los mismos. El carbono carbonílico correspondiente a los grupos aldehído y centona se designa en la fórmula cíclica con el nomérico o y constituye un carbono asimétrico más, al cual queda unido un grupo –OH. nombre de carbono a noméric Formación del enlace hemiacetal y del enlace hemicetal: -

Cuando reaccionan aldehídos con alcoholes, se forman hemiac hemiacetales etales:

-

Cuando reaccionan cetonas con alcoholes se forman he hemicetales micetales micetales:

La presencia del carb carbono ono anomérico permite la existencia de dos nuevos es estereoisómeros tereoisómeros , denominados a nómeros nómeros. Existen dos formas anoméricas: -

Forma al alfa fa ( α): el –OH del carbono anomérico queda bajo el plano. Se denomina configuración trans, al quedar este –OH en el lado contrario a-OH del carbono exterior al ciclo. Forma Beta (β)): el –OH del carbono anomérico queda sobre el plano (hacia arriba). Se denomina también configuración cis, al quedar este –OH en el mismo lado que el del carbono exterior al ciclo.

El ciclo resultante puede tener forma de hexagonal (pirano ) o de pentagonal (furano ), denominándose los monosacáridos pira piranosas nosas o furanosas respectivamente.

Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH2OH se pone por encima y en las L por debajo. La estructura cícilica en las he hexosas xosas y en las al aldopentosas: dopentosas: ● En las aldo aldohexosas hexosas hexosas. Se origina la reaccionar el grupo aldehído presente en el carbono 1 con el grupo hidroxilo del carbono 5, formando un hemiacetal intramolecular. El anillo resultante se llama piranosa. Ejemplo: en el caso de la D-glucosa, recibe la denominación de D-gluc D-glucopiranosa opiranosa . Si el grupo hidroxilo (-OH) del carbono anomérico (C1) se sitúa hacia abajo, recibe el nombre de α-D-glucopiranosa. Si por el contrario se sitúa hacia arriba, el compuesto recibe el nombre de β-D-glucopiranosa.

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● En las cetohexosas. El grupo cetónico situado en el carbono 2 reacciona con el grupo –OH del carbono 5 para formar el hemicetal intramolecular. El anillo resultante se denomina furanosa. ● En las aldopentosas aldopentosas. El hemiacetal se forma entre los grupos aldehído del carbono 1 e hidroxilo del carbono 4. El anillo resultante es furanósico.

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NOMENCLATURA DE LAS FORMAS CÍCLICAS Para nombrar la forma cíclica de un monosacárido, se indica en primer lugar si es α o ß, a continuación, si es D o L y, por último, el nombre del monosacárido y el tipo de anillo. Por ejemplo: αD-glucopiranosa, ß-D-fructofuranosa. Debido a la presencia de enlaces covalentes sencillos, las moléculas del anillo de piranosas no pueden ser planas, y puede adoptar dos disposiciones diferentes: de silla silla, si el carbono 1 y el 4 están a ambos lados del plano formado por los carbonos 2, 3 y 5, y el oxígeno, y de bote o na nave ve si están a un mismo lado. Imagen tomada de Biología 2º Bach. Ed. SM

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2.5.2. PRINCIPALES MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos tienen interés por ser los monómeros constituyentes de todos los glúcidos. También se presentan libres, y actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía, o como metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos, como la respiración celular y la fotosíntesis. TRIOSAS El gliceralde gliceraldehído hído y dihidro dihidroxiacentona xiacentona , que participan en el metabolismo de la glucosa y de las grasas. No forman estructuras cíclicas. PENTOSAS Las más importantes son: Ribosa y su derivado, la des desoxirribosa oxirribosa , son componentes estructurales de los ácidos nucleicos ARN y ADN, ●Ribosa respectivamente y, de los nucleótidos en estado libre (por ejemplo, del ATP). ●Xilosa Xilosa Xilosa: es el componente del polisacárido xilana, presente en la madera. ●Arabinosa: es uno de los pocos monosacáridos que en la naturaleza se presenta en la forma L. Se encuentra en la goma arábiga. Ribulosa Ribulosa: (cetopentosa) actúa como sustrato para la fijación del CO2 durante la fotosíntesis. ●Ribulosa

HEXOSAS ●Glucosa Glucosa Glucosa: se encuentra en forma libre (en muchas frutas, en la sangre, …) o forma polisacáridos de reserva (almidón, glucógeno) o estructurales (celulosa). En la molécula en la que mayoritariamente se almacena la energía solar captada durante la fotosíntesis y es el principal combustible metabólico de las células (los organismos obtienen la energía de la glucosa mediante el proceso denominado respiración celular).

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Galactosa Galactosa: no se encuentra libre. Forma parte de la lactosa (disacárido), presente en la leche. También forma parte de ●Galactosa heteropolisacáridos y de heterósidos. ●Manosa Manosa Manosa: es un componente de polisacáridos presentes en vegetales, bacterias, levaduras y hongos. Forma parte de la estreptomicina, una sustancia con actividad antibiótica. ●Fructosa Fructosa Fructosa: se encuentra en las frutas (libre o unida a la glucosa) formando el disacárido sacarosa. Actúa en el líquido seminal como nutriente de los espermatozoides. Las células hepáticas la transforman en glucosa, por lo que tiene un valor nutritivo equivalente.o

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LOS DERIVADOS DE LOS MONOSACÁRIDOS Son moléculas de gran interés biológico, que se originan por procesos de reducción, sustitución u oxidación de los monosacáridos. reducción ón se forman los desoxiazúcares, que pierden el oxígeno en alguno de los carbonos. Es el caso de la ● Por reducci desoxirribosa desoxirribosa, componente del ADN. glucurónico ónico , que presenta un grupo carboxilo en el ● Por oxidación se forman azúcares ácidos, como el ácido glucur carbono terminal y que facilita la expulsión de sustancias poco solubles. Otro ejemplo, es la vitamina C (ácido ascórbico), indispensable en la dieta. ● Por sustitución de un grupo alcohol por un grupo amino, se forman los aminoazúcares. No suelen encontrarse aislados, sino formando polímeros. Por ejemplo, la D-glu D-glucosamina cosamina forma parte del cartílago, y la N-acetilglucosamina y N-acetil-murámic N-acetil-murámico o forman parte de la pared bacteriana.

Imagen tomada de Biología 2º Bachillerato. Ed. Anaya.

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3. LOS OLIGOSACÁRIDOS. EL ENLACE O-GLICOSÍDICO. Los oligosacáridos están formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Los más abundantes son los disacáridos. Los oligosacáridos con tres o más unidades de monosacáridos no suelen encontrarse libres, sino que se unen a lípidos y proteínas. Los oligosacáridos son hidrolizables, de sabor dulce, cristalizables y solubles.

3.1. Enlace O-glucosídico. Se establece entre dos grupos hidroxilos (OH) de diferentes monosacáridos, en esta unión se pierde una molécula de agua y los dos monosacáridos quedan enlazados por un átomo de oxígeno. La unión de los monosacáridos puede dar origen a oligosacáridos o polisacáridos. ● Si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo alcohol del segundo monosacárido, se establece un enlace mon monocarbonílico ocarbonílico ocarbonílico. Como el carbono anomérico de la segunda osa queda libre, se mantiene el poder reductor. ● Si intervienen los dos grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, será un enlace dicarbonílic dicarbonílico o. En este caso el disacárido resultante pierde el poder reductor. Estos enlaces pueden ser α o β -g -glucosídicos lucosídicos , dependiendo de la posición que ocupa el grupo -OH del primer carbono anomérico (en la posición α el grupo -OH del primer carbono está hacia abajo en la representación de Haworth, y en la β, hacia arriba).

Imagen tomada de Biología 2º Bachillerato. Ed. SM.

Actividad: Realiza el enlace O-Glucosídico entre las siguientes moléculas: Maltosa [dos α-Dglucopiranosas (1-4)]; ...