TEMA 7: GLCIDOS.1.-CONCEPTO Y CLASIFICACIN.Los glcidos, tambin
llamados azcares o sacridos, son un grupo de biomolculas orgnicas
muy abundante en la naturaleza. Concretamente la celulosa, el
principal componente de la madera, que es de naturaleza glucdica,
quizs sea la biomolcula ms abundante en la biosfera. Los glcidos se
definen sencillamente desde el punto de vista qumico como
polihidroxialdehdos o polihidroxicetonas, o bien sustancias que por
hidrlisis dan lugar a este tipo de compuestos. Los
polihidroxialdehdos son compuestos orgnicos en los que todos los
tomos de carbono estn unidos a un grupo hidroxilo excepto uno de
ellos que forma parte de un grupo aldehdo, mientras que las
polihidroxicetonas son compuestos orgnicos en los que todos los
tomos de carbono estn unidos a un grupo hidroxilo excepto uno que
forma parte de un grupo cetona. Muchos glcidos responden a frmulas
empricas que se pueden escribir como (C H2O)n, por lo que
antiguamente se pens que eran algn tipo de combinacin de carbono y
agua y se les llam hidratos de carbono. Hoy sabemos que esta
denominacin es qumicamente engaosa, pero quizs est demasiado
arraigada como para que sea abandonada definitivamente; de todos
modos no se recomienda su uso.Existen dos clases principales de
glcidos: a) Monosacridos.- Tambin llamados osas. Son azcares
simples, no hidrolizables, que consisten en una sola unidad de
polihidroxialdehdo o polihidroxicetona. Se clasifican a su vez en
aldosas y cetosas.b) sidos.- Son azcares complejos que, cuando
sufren hidrlisis, liberan monosacridos. Estn formados por un nmero
variable de monosacridos unidos covalentemente entre s. Algunos
sidos se componen exclusivamente de monosacridos y se denominan
holsidos, mientras que otros contienen adems otros componentes de
naturaleza no glucdica y se denominan hetersidos.En el siguiente
recuadro aparece una clasificacin de los distintos tipos de
glcidos.
Algunas de las subdivisiones se irn desarrollando a lo largo de
este tema.2.-MONOSACRIDOS.Los monosacridos son los azcares ms
sencillos, pues no pueden descomponerse por hidrlisis para dar
lugar a otros azcares ms simples. En la naturaleza se encuentran en
estado libre, desempeando importantes funciones, pero tambin se
encuentran formando parte de otros azcares ms complejos, los sidos,
de los cuales son sus sillares estructurales. La estructura bsica
de todos los monosacridos es una cadena de tomos de carbono no
ramificada en la que todos ellos estn unidos por enlaces simples.
Uno de estos tomos de carbono est unido a uno de oxgeno por un
enlace doble formando un grupo carbonilo; todos los dems estn
unidos a grupos hidroxilo. Si el grupo carbonilo se encuentra en un
extremo de la cadena carbonada el monosacrido es un aldehdo y
recibe el nombre de aldosa; si el grupo carbonilo se encuentra en
cualquier otra posicin el monosacrido es una cetona y recibe el
nombre de cetosa (Figura 7.1). Los monosacridos naturales tienen
entre tres y ocho tomos de carbono, aunque los de siete y ocho son
relativamente raros. Segn tengan 3, 4, 5, 6... carbonos se
denominan respectivamente triosas, tetrosas, pentosas, hexosas....
Existen aldosas y cetosas para cada una de estas longitudes de
cadena. La nomenclatura de los monosacridos se resume en la
siguiente tabla:
N de CARBONOSALDOSASCETOSAS
3ALDOTRIOSASCETOTRIOSAS
4ALDOTETROSASCETOTETROSAS
5ALDOPENTOSASCETOPENTOSAS
6ALDOHEXOSASCETOHEXOSAS
7ALDOHEPTOSASCETOHEPTOSAS
8ALDOOCTOSASCETOOCTOSAS
Los monosacridos son compuestos slidos, cristalinos, de color
blanco, solubles en agua y de caracterstico sabor dulce. Entre sus
propiedades qumicas destaca su poder para reducir el licor de
Fehling, siendo esta reaccin de gran utilidad para identificarlos
experimentalmente.3.-ESTEREOISOMERA DE LOS MONOSACRIDOSTodos los
monosacridos con excepcin de la dihidroxiacetona (una cetotriosa)
son compuestos quirales, es decir, poseen uno o ms tomos de carbono
asimtricos (unidos a 4 sustituyentes distintos), y por lo tanto
pueden aparecer en diferentes formas estereoismeras pticamente
activas. La aldosa ms simple, el gliceraldehdo, tiene un tomo de
carbono asimtrico, y presenta por lo tanto dos formas
estereoismeras que son imgenes especulares no superponibles una de
la otra, es decir, dos enantimeros (Figura 7.2). Para representar
sobre el papel las estructuras tridimensionales de los monosacridos
se suelen emplear las llamadas frmulas en proyeccin de Fisher tales
como las que aparecen en la parte superior de la Figura 7.2. Por
convenio se establece que el estereoismero que, en la proyeccin de
Fisher, presenta el grupo hidroxilo unido al tomo de carbono
asimtrico hacia la derecha es el D-gliceraldehdo, y el que lo
presenta hacia la izquierda es el L-gliceraldehdo.
Los monosacridos de mayor longitud tienen ms de un tomo de
carbono asimtrico, y por lo tanto aparecen en un nmero mayor de
formas estereoismeras. En general, un monosacrido con n tomos de
carbono asimtricos presenta 2n estereoismeros. En las aldosas todos
los tomos de carbono son asimtricos con excepcin del carbono
carbonlico y del que se encuentra en el otro extremo de la cadena.
Las cetosas, por tener el grupo carbonilo en un carbono secundario,
tienen un tomo de carbono asimtrico menos que las aldosas de igual
longitud, y por lo tanto tendrn la mitad de estereoismeros. Una
aldosa con x tomos de carbono tendr n=x-2 carbonos asimtricos; una
cetosa tendr n=x-3. Todo ello aparece resumido en la siguiente
tabla.nde carbonosxn de Casimtricosnn de estereoi-smerosN=2n
ALDOSAS3121=2
4222=4
53
23=8
6424=16
CETOSAS3020=1
4121=2
5222=4
6323=8
Los estereoismeros de los monosacridos de cada una de las
diferentes longitudes de cadena se pueden dividir en dos grupos o
series atendiendo a la configuracin (D o L) del tomo de carbono
asimtrico ms alejado del tomo de carbono carbonlico. Si sta es como
la del D-gliceraldehdo (grupo OH hacia la derecha) el monosacrido
pertenece a la serie D; si es como la del L-gliceraldehdo pertenece
a la serie L. Con muy pocas excepciones, los monosacridos presentes
en la naturaleza pertenecen a la serie D. En la Figura 7.3 se
representan las frmulas estructurales en proyeccin de Fisher de las
aldosas y cetosas de la serie D que tienen entre 3 y 6 tomos de
carbono.
Para cada longitud de cadena existen otras tantas formas
estereoismeras pertenecientes a la serie L. Por ejemplo, las
aldohexosas poseen 4 tomos de carbono asimtricos, por lo tanto
podrn aparecer en 24 = 16 formas estereoismeras: las ocho que
aparecen en la Figura 7.3 y otras ocho pertenecientes a la serie L.
Cada uno de los estereoismeros de la serie D es adems enantimero
(imagen especular no superponible) de su homnimo de la serie L (la
D-glucosa y la L-glucosa son enantimeros). Cuando dos
estereoismeros difieren solamente en la configuracin de uno de sus
tomos de carbono asimtricos se dice que son epmeros (por ejemplo la
D-glucosa y la D-manosa)Por el hecho de poseer centros quirales,
los monosacridos presentan actividad ptica, es decir, cuando se
encuentran en disolucin acuosa hacen girar el plano de vibracin de
la luz polarizada. Los monosacridos que lo hacen girar hacia la
derecha se denominan dextrgiros (+) y los que lo hacen girar hacia
la izquierda se denominan levgiros (-). El hecho de que un
monosacrido sea dextrgiro o levgiro es completamente independiente
de su pertenencia a la serie D o a la serie L.4.-FORMAS ANOMRICAS
DE LOS MONOSACRIDOS.Cuando se estudiaron las propiedades fsicas y
qumicas de los monosacridos se pudo comprobar que algunos de ellos,
particularmente la glucosa (una aldohexosa), exhiban algunas
propiedades anmalas que no caba esperar de compuestos que presentan
las frmulas estructurales representadas en los cuadros precedentes.
En concreto, se observ que el grupo aldehdo de la glucosa se
comportaba de manera relativamente estable frente a sustancias con
las que habitualmente reaccionan con los aldehdos; esto sugiere que
el grupo aldehdo de la glucosa se encuentra "enmascarado" en su
estructura molecular de manera que resulta inaccesible a dichos
reactivos. Por otra parte, se observ que las disoluciones de
D-glucosa exhiban un extrao comportamiento en relacin con su
rotacin ptica caracterstica. La rotacin ptica es el ngulo que gira
el plano de vibracin de la luz polarizada al atravesar una
disolucin de una sustancia pticamente activa (Figura 7.4). Cuando
se meda la rotacin ptica de diferentes disoluciones de D-glucosa se
comprob con sorpresa que en unos casos sta tena un valor inicial de
+112.2 mientras que en otros este valor era de +18,7. Resultaba sin
embargo todava ms sorprendente que al cabo de unos minutos de haber
preparado la disolucin la rotacin ptica cambiaba para estabilizarse
en todos los casos en un valor de +52,7. Este cambio en la rotacin
ptica se denomina mutarrotacin. El fenmeno de la mutarrotacin
sugiere que deben existir dos formas estereoismeras de la D-glucosa
con propiedades fsicas diferentes.
La causa de que la D-glucosa (y tambin otros monosacridos)
exhiba estas anmalas propiedades reside en que este azcar no se
encuentra habitualmente en disolucin en la forma de cadena abierta,
tal y como se representa mediante la proyeccin de Fisher, sino en
una forma cclica denominada anillo de piranosa. Los aldehdos y las
cetonas en general reaccionan con los alcoholes para formar unos
compuestos llamados respectivamente hemiacetales y hemicetales, que
poseen un tomo de carbono asimtrico adicional y pueden por lo tanto
existir en dos formas estereoismeras (Figura 7.5). Un caso
particular de este tipo de reaccin se da en la D-glucosa cuando el
grupo aldehdo del tomo de carbono 1 reacciona con el grupo
hidroxilo del tomo de carbono 5 para formar un hemiacetal
intramolecular de forma cclica que, por analoga con el compuesto
con el compuesto heterocclico de seis tomos denominado pirano
(Figura 7.7), recibe el nombre de anillo de piranosa. Tal reaccin
intramolecular se representa en la Figura 7.6.
Como consecuencia de esta reaccin intramolecular, el tomo de
carbono carbonlico de la D-glucosa, que no era asimtrico en la
forma de cadena abierta, se transforma en un tomo de carbono
asimtrico. Por ello, la D-glucosa puede existir en dos formas
estereoismeras denominadas respectivamente -D-glucosa y -D-glucosa
(ver Figura 7.7). Este tipo particular de estereoismeros reciben el
nombre de anmeros o formas anomricas y el tomo de carbono
carbonlico, responsable de su aparicin, el de carbono anomrico.La
existencia de estas dos formas anomricas de la glucosa explica sus
propiedades anmalas. En primer lugar, es lgico que no reaccione
como lo hacen los aldehdos, ya que su grupo carbonilo no existe en
realidad como tal, sino que ha reaccionado previamente para formar
el hemiacetal intramolecular. En segundo lugar, el fenmeno de la
mutarrotacin adquiere sentido si consideramos que existen dos
estereoismeros ( y ) cada uno de los cuales exhibir en disolucin
una rotacin ptica caracterstica. Estas dos formas anomricas son
interconvertibles a travs de la forma de cadena abierta. Cuando se
prepara una disolucin, ya sea de o de -D-glucosa, se alcanza al
cabo de unos minutos una mezcla de ambas que en el equilibrio estar
formada por 2/3 de -D-glucosa y 1/3 de -D-glucosa. Esta mezcla en
el equilibrio es la que presenta una rotacin ptica de +52,7.Adems
de la glucosa, otros muchos monosacridos pueden dar lugar a
hemiacetales o hemicetales intramoleculares. Por ejemplo, la
D-fructosa (una cetohexosa) da lugar, por reaccin intramolecular
entre el grupo cetona del carbono 2 y el grupo hidroxilo del
carbono 5, a una forma cclica diferente, que, por analoga con el
compuesto heterocclico de cinco tomos denominado furano, recibe el
nombre de anillo de furanosa. Como consecuencia, la D-fructosa
presenta dos formas anomricas: la -D-fructosa y la -D-fructosa (ver
Figura 7.7). La glucosa tambin puede dar lugar a anillos de
furanosa por reaccin entre C1 y C4, pero el anillo de piranosa
resulta ms estable. Las frmulas de proyeccin de Fisher no resultan
tiles para representar los monosacridos en forma cclica, por lo que
habitualmente se utilizan para ello las llamadas frmulas en
perspectiva de Haworth, que son las que se muestran en la Figura
7.7. En estas frmulas los anillos de piranosa y furanosa se
representan como anillos planares con los distintos sustituyentes
de los tomos de carbono proyectndose por encima y por debajo del
plano del anillo. Los sustituyentes que aparecen a izquierda y
derecha de la proyeccin de Fisher en la frmula de Haworth aparecen
hacia arriba y hacia abajo respectivamente. Los anmeros se
representan con el grupo -OH del carbono anomrico hacia abajo y los
anmeros con dicho grupo -OH hacia arriba.Aunque las frmulas de
Haworth proporcionan una idea bastante prxima a la realidad acerca
de las estructuras cclicas de los monosacridos, hay que tener en
cuenta que en realidad, si bien el anillo de furanosa es casi
totalmente planar, el de piranosa, debido a las restricciones que
impone la geometra de los orbitales del carbono, tiende a adoptar
una de las dos conformaciones representadas en la Figura 7.8, que
reciben el nombre de "nave" (A) y "silla" (B). Existen dos tipos de
"silla" que se interconvierten a travs de la forma "nave".
No todos los monosacridos pueden dar lugar a hemiacetales o
hemicetales intramoleculares. Para que stos se formen es necesario
que los dos grupos funcionales (carbonilo e hidroxilo) que han de
reaccionar se acerquen lo suficiente para hacerlo, y esto slo
sucede si la cadena carbonada es lo bastante larga como para que la
libre rotacin de los enlaces simples permita este acercamiento. Por
ello, los monosacridos de 3 y 4 tomos de carbono se encuentran
siempre en forma de cadena abierta, mientras que los de 5 ms
carbonos tienden a formar anillos de piranosa o furanosa en funcin
de cual de ellos sea ms estable en cada caso. En la siguiente tabla
se muestran las formas ms estables en que aparecen los monosacridos
de 3 a 6 tomos de carbono. Obsrvese que las cetosas necesitan una
mayor longitud de cadena para poder dar lugar a formas cclicas;
ello se debe a que su tomo de carbono carbonlico no est al final de
la cadena como en las aldosas.N de CALDOSASCETOSAS
3CADENA ABIERTACADENA ABIERTA
4CADENA ABIERTACADENA ABIERTA
5FURANOSACADENA ABIERTA
6PIRANOSAFURANOSA
5.-DERIVADOS DE LOS MONOSACRIDOS.Adems de los monosacridos
simples, existe en la naturaleza una serie de derivados de los
mismos que tienen una gran importancia biolgica, sobre todo los
derivados de algunas aldohexosas como la glucosa, manosa y
galactosa. Estos derivados se obtienen por sustitucin de alguno de
los grupos hidroxilo por algn otro grupo funcional, o bien por
oxidacin o reduccin de alguno de los tomos de carbono del
monosacrido original.Entre ellos cabe destacar los siguientes:
1) Aminoazcares.- En ellos el grupo hidroxilo unido al carbono 2
del monosacrido de origen est sustituido por un grupo amino. As
sucede por ejemplo en la glucosamina, manosamina y galactosamina,
que son los ms importantes. En ocasiones este grupo amino aparece
acetilado, como en la N-acetil-glucosamina. (Figura 7.9)
2) Azcares-alcoholes.- Se obtienen por reduccin del grupo
carbonilo a grupo hidroxilo, de manera que en ellos todos los tomos
de carbono estn unidos a grupos hidroxilo. Entre los
azcares-alcoholes destaca la glicerina, un polialcohol de tres
tomos de carbono que se encuentra formando parte de muchos
lpidos.3) Azcares-cidos.- Se obtienen por oxidacin de algn tomo de
carbono del monosacrido de origen a grupo carboxilo. Si el carbono
oxidado es el carbono carbonlico se obtienen los cidos aldnicos; si
es el carbono hidroxlico del otro extremo de la cadena se obtienen
los cidos urnicos (Figura 7.9). Entre los azcares-cidos destacan
los derivados de la glucosa denominados cido glucnico (un cido
aldnico) y cido galacturnico (un cido urnico). Los azcares-cidos se
encuentran normalmente ionizados a pH 7, por lo que se pueden
nombrar correctamente como gluconato, glucuronato, etc.4)
Desoxiazcares.- En ellos, alguno de los grupos hidroxilo del
monosacrido de origen est sustituido por un tomo de hidrgeno. El ms
importante es la 2-desoxirribosa, que forma parte de los cidos
nucleicos.5) Azcares-fosfato.- Son azcares fosforilados (unidos a
un grupo fosfato mediante enlace ster) en alguno de sus grupos
hidroxilo. En la sntesis y degradacin de los glcidos, los
compuestos intermedios no suelen ser los propios azcares sino sus
derivados fosforilados. Ello se debe a que estos derivados poseen
cargas netas a pH 7, lo que evita su difusin a travs de las
membranas celulares.6) Glucsidos.- Es sabido que los hemiacetales y
hemicetales pueden reaccionar con una segunda molcula de alcohol
para, liberando una molcula de agua, dar lugar a acetales y cetales
respectivamente (Figura 7.10). Un caso particular de este tipo de
reaccin lo constituye la que se produce entre un monosacrido en
forma cclica (que es un hemiacetal o hemicetal intramolecular) y un
alcohol para formar un glucsido liberando una molcula de agua. El
inters de este tipo de compuestos reside en que el tipo de enlace
mediante el cual se unen los monosacridos para formar sidos puede
considerarse como un caso particular de la reaccin entre un
monosacrido y un alcohol para formar un glucsido.
6.-EL ENLACE GLUCOSDICO.Los monosacridos capaces de formar
anillos de piranosa o furanosa, en tanto que hemiacetales o
hemicetales intramoleculares, pueden reaccionar con los alcoholes
para formar glucsidos liberndose en el proceso una molcula de agua.
Un caso particular de este tipo de reaccin se da cuando el grupo
hidroxilo de la molcula de alcohol es aportado por un segundo
monosacrido. El compuesto resultante, un disacrido, estar formado
por dos monosacridos unidos mediante enlace glucosdico (Figura
7.11). As pues, el enlace glucosdico resulta de la formacin de un
acetal (o cetal) entre el carbono carbonlico de un monosacrido y un
grupo hidroxilo de otro monosacrido. Este segundo monosacrido posee
otro carbono carbonlico libre que a su vez puede reaccionar con un
grupo hidroxilo de un tercer monosacrido para formar otro enlace
glucosdico, y as sucesivamente. De este modo, mediante sucesivos
enlaces glucosdicos, se puede unir un nmero ilimitado de
monosacridos para formar largas cadenas que pueden ser lineales o
ramificadas. En todos los sidos, azcares formados por un nmero
variable de monosacridos unidos entre s, la unin entre los mismos
se realiza mediante este tipo de enlace.
El enlace glucosdico puede ser de dos tipos, o , segn sea o la
configuracin del monosacrido que aporta al enlace el tomo de
carbono carbonlico. Por otra parte, se distinguen enlaces
glucosdicos monocarbonlicos, en los que slo est implicado el
carbono carbonlico de un monosacrido, y enlaces glucosdicos
dicarbonlicos, en los que estn implicados los carbonos carbonlicos
de los dos monosacridos enlazados.
La estructura de un enlace glucosdico se suele especificar
escribiendo el tipo de enlace, o , seguido entre parntesis por los
nmeros de los tomos de carbono implicados en l; el nmero que se
escribe en primer lugar corresponde al tomo de carbono carbonlico.
Algunos ejemplos son (14), (16), (14), (12), etc. Puesto que los
monosacridos tienen muchos grupos hidroxilo, la variedad de enlaces
glucosdicos posibles es enorme; no obstante, los ms abundantes en
la naturaleza son los (14) y los (14).7.-OLIGOSACRIDOS.Los sidos,
glcidos formados por la unin de varios monosacridos, pueden ser
holsidos, si estn formados exclusivamente por monosacridos, o
hetersidos, si adems contienen otros componentes de naturaleza no
azucarada. Entre los holsidos se distinguen, en funcin del nmero de
unidades que los forman, dos tipos: oligosacridos y
polisacridos.Los oligosacridos (del griego oligos = poco) son
holsidos compuestos por un nmero reducido de unidades
monosacardicas unidas mediante enlaces glucosdicos. El nmero de
unidades monosacardicas que forman parte de un oligosacrido puede
oscilar entre 2 y 10. Si estn formados por slo dos monosacridos se
denominan disacridos, si lo estn por tres trisacridos; a los que
estn formados por ms de tres monosacridos no se le suele asignar
ninguna denominacin especfica y se suelen nombrar sencillamente
como oligosacridos. Sus propiedades fsicas son muy similares a las
de los monosacridos: tambin son slidos cristalinos, de color
blanco, sabor dulce y solubles en agua. La mayora de ellos conserva
el poder reductor caracterstico de los monosacridos. Este poder
reductor reside en los tomos de carbono carbonlicos y se pierde
cuando stos participan en un enlace glucosdico. Por ello, cuando
dos monosacridos se unen mediante un enlace glucosdico
monocarbonlico el disacrido resultante tendr poder reductor, ya que
conserva un carbono carbonlico libre. Por el contrario, si el
enlace es dicarbonlico el disacrido resultante, al tener sus dos
carbonos carbonlicos implicados en el enlace, habr perdido el poder
reductor (Figura 7.12). En general, los oligosacridos,
independientemente de su longitud, tendrn poder reductor siempre
que conserven algn carbono carbonlico libre en uno de sus extremos,
que se denomina extremo reductor.
Los oligosacridos ms abundantes y de mayor importancia biolgica
son los disacridos. En la siguiente tabla se muestra la composicin
de los disacridos ms relevantes.MALTOSAGlucosa-(14)-Glucosa
ISOMALTOSAGlucosa-(16)-Glucosa
CELOBIOSAGlucosa-(14)-Glucosa
LACTOSAGalactosa-(14)-Glucosa
TREHALOSAGlucosa-(11)-Glucosa
SACAROSAFructosa-(21)-Glucosa
La maltosa (Figura 7.13) y la isomaltosa son dos de los
productos de la hidrlisis incompleta del almidn y del glucgeno (dos
polisacridos de reserva) durante la digestin. La celobiosa, que no
se encuentra libre en la naturaleza, se obtiene por hidrlisis de la
celulosa (un polisacrido estructural). La lactosa (Figura 7.13) se
encuentra exclusivamente en la leche de los mamferos. La trehalosa
es el constituyente principal del fluido circulante (hemolinfa) de
los insectos. La sacarosa (azcar de mesa) es un disacrido de
especial importancia; se encuentra exclusivamente en el mundo
vegetal y es uno de los productos directos de la fotosntesis que
estos realizan, constituyendo la principal forma de transporte de
azcares desde las hojas hacia otras partes de la planta. Obsrvese
que maltosa, isomaltosa, celobiosa y lactosa son disacridos
reductores, mientras que trehalosa y sacarosa, por poseer enlaces
glucosdicos dicarbonlicos, son no reductores. La sacarosa se puede
escribir tambin como Glucosa-(12)-Fructosa.
En cuanto a los trisacridos, relativamente escasos en la
naturaleza, cabe citar algunos como la rafinosa y la melicitosa que
se encuentran en la savia de determinadas plantas.Adems de los
disacridos y trisacridos, existe una gran variedad de oligosacridos
naturales con estructuras qumicas muy diversas. Se trata de
compuestos formados por un nmero de monosacridos que oscila entre 4
y 10 unidos entre s por enlaces glucosdicos dando lugar a cadenas
que pueden ser lineales o ramificadas. Normalmente no se encuentran
en estado libre, sino unidos covalentemente a otras biomolculas
como lpidos o protenas. La cara externa de las membranas celulares
se halla cuajada de cadenas oligosacardicas unidas a los lpidos y
protenas de membrana que cumplen importantes funciones en los
procesos de reconocimiento de la superficie
celular.8.-POLISACRIDOS.Los polisacridos son glcidos formados por
un nmero elevado de monosacridos unidos entre s mediante enlaces
glucosdicos. En el proceso de unin de n monosacridos para formar un
polisacrido se liberan (n-1) molculas de agua, una por cada enlace
glucosdico. Aunque el lmite entre oligosacridos y polisacridos se
suele fijar arbitrariamente en 10 unidades monosacardicas
constituyentes, lo cierto es que la mayora de los polisacridos
naturales estn formados por centenares o miles de estas unidades
monomricas.Los polisacridos son macromolculas de elevado peso
molecular y estructura compleja. As como otras macromolculas tienen
tamaos y pesos moleculares definidos, en los polisacridos stos
pueden variar en funcin del estado metablico de la clula. Se puede
considerar que los monosacridos son los sillares estructurales de
los polisacridos, al igual que los aminocidos lo son de las
protenas o los nucletidos de los cidos nucleicos. Las propiedades
fsicas y qumicas de los polisacridos son en cierto modo contrarias
a las que exhiben monosacridos y oligosacridos: no cristalizan, no
tienen sabor dulce, carecen de poder reductor, y, aunque son
sustancias hidroflicas, son poco soluble en agua debido a su
elevado peso molecular
Los distintos tipos de polisacridos difieren entre s en el tipo
de unidades monosacardicas que los forman, en el tipo de enlace
glucosdico ( o ) que las une, y en el mayor o menor grado de
ramificacin que presentan sus cadenas. Se distinguen dos tipos
principales de polisacridos, los homopolisacridos, formados por un
slo tipo de monosacrido, y heteropolisacridos, formados por dos o
ms tipos de monosacridos. Los homopolisacridos de la D-glucosa,
denominados glucanos, son los polisacridos ms abundantes en la
naturaleza y los que tienen una mayor importancia biolgica. Algunos
de ellos desempean una funcin energtica, como el almidn y el
glucgeno, mientras que otros, como la celulosa, realizan una funcin
de tipo estructural. Hay que destacar que aqullos que presentan
enlaces glucosdicos tipo tienen funcin energtica, mientras que los
que los presentan tipo tienen funcin estructural. A continuacin
analizaremos la estructura y la funcin de los tres glucanos ms
importantes: el almidn, el glucgeno y la celulosa.
A) Almidn.- Es un polisacrido formado por molculas de -D-glucosa
unidas por enlaces glucosdicos (14) y (16). En la molcula de almidn
se distinguen dos tipos de polmero:Amilosa.- Es un polmero no
ramificado formado por largas cadenas de unidades de -D-glucosa
unidas por enlaces -(14). Estas cadenas adoptan una disposicin
helicoidal con 6 molculas por vuelta, y tienen masas moleculares
relativas que oscilan entre unos pocos miles y 500.000
daltons.Amilopectina.- Es un polmero muy ramificado (Figura 7.14)
formado por molculas de -D-glucosa. Los sucesivos restos de glucosa
a lo largo de las cadenas estn unidos por enlaces (14), y los
puntos de ramificacin, que se encuentran espaciados por un nmero de
restos de glucosa que oscila entre 24 y 30, consisten en enlaces
(16) (ver Figura 7.14). Su masa molecular relativa puede alcanzar
hasta un milln de daltons.
El almidn acta como sustancia de reserva en las clulas
vegetales. Una parte sustancial de los glcidos producidos en la
fotosntesis se almacenan en forma de almidn, dando lugar a unos
agregados insolubles de gran tamao, los granos de almidn, que se
encuentran en todas las clulas vegetales, siendo especialmente
abundantes en las de las semillas, frutos y tubrculos.B) Glucgeno.-
Es un polisacrido con estructura muy similar a la de la
amilopectina (Figura 7.14). Al igual que sta, est formado por
molculas de -D-glucosa unidas por enlaces glucosdicos (14) a lo
largo de las cadenas, y con puntos de ramificacin consistentes en
enlaces (16). La diferencia con respecto a la amilopectina estriba
en que las ramificaciones se encuentran menos espaciadas,
concretamente cada 8 a 12 restos de glucosa. Esta mayor proximidad
entre los puntos de ramificacin hace que el glucgeno sea mucho ms
compacto que el almidn, pudiendo alcanzar pesos moleculares del
orden de varios millones de daltons.El glucgeno acta como sustancia
de reserva en las clulas animales. Es especialmente abundante en el
hgado, donde puede llegar a representar el 7% de su peso; tambin
abunda en el msculo esqueltico. En el interior de las clulas el
glucgeno se encuentra almacenado en forma de grnulos insolubles de
gran tamao.Cuando las clulas recurren a sus reservas de almidn o de
glucgeno, determinados enzimas van liberando una a una molculas de
glucosa, en forma de derivados fosforilados, las cuales pueden
despus ser utilizadas como combustible metablico. La naturaleza
ramificada de ambos polisacridos favorece el que estos enzimas
degradativos puedan actuar simultneamente en muchas ramas
aumentando as la velocidad de liberacin de glucosa, lo que resulta
de gran utilidad para las clulas cuando necesitan un aporte
energtico importante de una manera inmediata. Cada molcula de
almidn o de glucgeno posee tantos extremos no reductores como ramas
y un solo extremo reductor, lo que explica que estos polisacridos
carezcan de poder reductor. Los enzimas degradativos actan a partir
de los extremos no reductores.
Los polisacridos, dada la gran rapidez con que pueden ser
movilizados, constituyen una excelente forma de almacenar energa
metablica a corto plazo. Puede resultar sorprendente que las clulas
almacenen su combustible energtico en forma de polisacridos cuando
podran hacerlo en forma de glucosa libre evitndose as el trabajo
qumico de sintetizarlos y degradarlos. La razn de que ello sea as
estriba en que los polisacridos se almacenan en forma esencialmente
insoluble, contribuyendo muy poco a la presin osmtica del
citoplasma. Una cantidad equivalente de glucosa disuelta generara
una presin osmtica muy elevada que podra ser peligrosa para la
clula.Tanto el almidn como el glucgeno pueden ser degradados en el
aparato digestivo de los animales por la accin de unos enzimas
llamados amilasas. Las amilasas liberan molculas de glucosa que
pueden posteriormente ser absorbidas.C) Celulosa.- Es un polmero
lineal (no ramificado) formado por molculas de -D-glucosa unidas
mediante enlaces glucosdicos (14) (Figura 7.15). Cada cadena de
celulosa contiene entre 10.000 y 15.000 restos de glucosa. Estas
cadenas, debido a la configuracin de sus enlaces glucosdicos,
adoptan conformaciones muy extendidas que favorecen la formacin de
puentes de hidrgeno entre los grupos hidroxilo de los distintos
restos de glucosa de una misma cadena o de cadenas vecinas. De este
modo se forman fibras supramoleculares que contienen muchas cadenas
individuales de celulosa en disposicin paralela e ntimamente unidas
entre s por puentes de hidrgeno. Tal estructura es la que confiere
a la celulosa su insolubilidad en agua y su resistencia mecnica
caractersticas, propiedades estas que la hacen idnea para desempear
en las clulas una funcin de carcter estructural. La celulosa es el
principal componente de las paredes celulares vegetales, las cuales
proporcionan a las clulas de las plantas y las algas sostn mecnico
y proteccin frente a los fenmenos osmticos desfavorables. Una gran
parte de la masa de la madera es celulosa.
Las amilasas que degradan el almidn y el glucgeno no pueden
romper los enlaces glucosdico de la celulosa. El intestino humano
(y el de la mayora de los animales) carece de enzimas que puedan
romper este tipo de enlace, por lo que este polisacrido tiene para
el hombre un valor alimenticio prcticamente nulo. Este hecho est
compensado con creces por la capacidad de la celulosa para generar
una gran cantidad de residuos que a su paso limpian y facilitan el
buen funcionamiento del aparato digestivo. Algunos animales como
las termitas o los rumiantes viven en simbiosis con determinados
microorganismos poseedores de enzimas especficos, llamados
celulasas, que s son capaces de degradar la celulosa, por lo que
estos animales pueden aprovechar su valor nutritivo.Adems de los
descritos, existen en la naturaleza otros homopolisacridos, algunos
de ellos formados por monosacridos diferentes de la glucosa, como
los fructanos, mananos y arabinanos. Tambin hay homopolisacridos
formados por derivados de la glucosa, como la quitina, un polmero
de la N-acetil-glucosamina, que es el componente principal del
exoesqueleto de los artrpodos.Entre los heteropolisacridos los ms
importantes son los que estn formados por dos tipos de unidades
monosacardicas que se alternan a lo largo de sus cadenas. Algunos
de ellos son el cido hialurnico, que se encuentra en el tejido
conjuntivo de los animales ejerciendo un papel lubricante, la
hemicelulosa, que forma parte de la pared celular vegetal, y la
heparina, con notables propiedades anticoagulantes; todos ellos
estn formados por derivados complejos de la
glucosa.9.-HETERSIDOS.
Como se dijo anteriormente, estn formados por monosacridos y
otros componentes de naturaleza no azucarada. Ente ellos cabe citar
a los glucolpidos, y a las glucoprotenas, que son asociaciones
covalentes de cadenas oligosacardicas con lpidos y protenas
respectivamente; los glucolpidos y glucoprotenas estn presentes en
muchos lugares de la clula, sobre todo en la cara externa de la
membrana plasmtica. Un tipo especial de hetersido es el
peptidoglucano, componente esencial de las paredes celulares
bacterianas, que est constituido por cadenas paralelas de un
heteropolisacrido complejo unidas transversalmente por cadenas de
aminocidos.10.-FUNCIONES DE LOS GLCIDOS.Los glcidos desempean con
carcter general en los seres vivos dos tipos de funciones:
energticas y estructurales.1) Funcin energtica.- La oxidacin de los
glcidos libera energa que las clulas pueden utilizar para realizar
sus funciones. La glucosa es el azcar que con ms frecuencia
utilizan las clulas como combustible metablico primario. Por otra
parte, algunos polisacridos actan como material de reserva
energtica que puede ser rpidamente movilizado cuando es necesario.
Una ventaja que poseen los glcidos sobre otras biomolculas como
material energtico es que, dada la solubilidad en agua de muchos de
ellos, pueden ser transportados muy rpidamente en medio acuoso all
donde resultan necesarios.2) Funcin estructural.- Algunos
polisacridos como la celulosa o la quitina presentan propiedades
que los hacen idneos para formar parte de estructuras que deben
ofrecer una gran resistencia mecnica, como las paredes celulares
vegetales o el exoesqueleto de los artrpodos.Aunque
tradicionalmente se consideraba a los glcidos como componentes
"pasivos" de la maquinaria celular, destinados a servir de
combustible metablico o a formar parte de estructuras ms o menos
permanentes de las clulas, en los ltimos aos se est percibiendo
cada vez con mayor claridad que algunos de ellos pueden jugar otros
papeles de extraordinaria importancia biolgica, como la
determinacin de la estructura tridimensional de algunas protenas,
los procesos de reconocimiento de seales extracelulares o la accin
de los anticuerpos.