miércoles, 4 de febrero de 2015

TEMA 2. 2º BACHILLERATO. BIOLOGÍA. GLÚCIDOS


 ÍNDICE
  1. Introducción
  2. Funciones
    1. Función energética
    2. Función estructural
    3. Reconocimiento celular
    4. Función de detoxificación
  3. Clasificación de los glúcidos
  4. Monosacáridos
    1. Propiedades físicas
    2. Mutarrotación y formación de anómeros
    3. Conformación de las osas

4.  Derivados de los monosacáridos
      1.  Derivados por oxidación
      2.  Derivados por reducción
      3.  Desoxiderivados
      4.  Aminoderivados
 5.  Ósidos
      1.  Enlace O-glucosídico
6.  Holósidos
      1.  Disacáridos
      2.  Oligosacáridos
      3.  Polisacáridos
            1.  Homopolisacáridos
                    1.  De reserva
                    2.  Estructurales
            2.  Heteropolisacáridos
7.  Heteropolisacáridos






1. INTRODUCCIÓN

Su fórmula general Cn(H2O)m. Desde el punto de vista químico son aldehídos o cetonas polihidroxilados, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción, sustitución o polimerización.


Glúcidos  (de la palabra griega que significa dulce), pero son muy pocos los que tienen sabor dulce.
También se les puede conocer por el nombre de sacáridos (de la palabra latina que significa azúcar), aunque el azúcar común es uno sólo de los centenares de compuestos distintos que pueden clasificarse en este grupo.
Un aspecto importante de los glúcidos es que pueden estar unidos covalentemente a otro tipo de moléculas, formando glicolípidos, glicoproteínas (cuando el componente proteico es mayoritario), proteoglicanos (cuando el componente glicídico es mayoritario).


6. FUNCIONES
6.1. Función energética

Los glúcidos representan en el organismo el combustible de uso inmediato. La combustión de 1g de glúcidos produce unas 4 Kcal. Son compuestos con un grado de reducción suficiente como para ser buenos combustibles, y además, la presencia de funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. Por este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los glúcidos como combustibles de uso inmediato.

La degradación de los glúcidos puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración). Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas.

Tras la aparición de los primeros organismos fotosintéticos y la acumulación de oxígeno en la atmósfera, se desarrollaron las vías aerobias de degradación de la glucosa, más eficientes desde el punto de vista energético, y por lo tanto seleccionadas en el transcurso de la evolución.

Los glúcidos también sirven como reserva energética de movilización rápida (almidón en plantas y glucógeno en animales). Además, los glúcidos son los compuestos en los que se fija el carbono durante la fotosíntesis.



 

6.2. Función estructural
El papel estructural de los glúcidos se desarrolla allá donde se necesiten matrices hidrofílicas capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón con una cierta resistencia mecánica.

Las paredes celulares de plantas hongos y bacterias están constituídas por HC o derivados de los mismos.

La celulosa, que forma parte de la pared celular de las células vegetales, es la molécula orgánica más abundante de la Biosfera (foto de la izquierda).


 

El exoesqueleto de los artrópodos (foto de la derecha) está formado por el polisacárido quitina. Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituídas por polisacáridos nitrogenados (los llamados glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos).


6.3. Reconocimiento celular

Los glúcidos pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.


En muchos casos las proteínas se unen a una o varias cadenas de oligosacáridos, que desempeñan varias funciones:
  • ayudan a su plegamiento correcto 
  • sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o para ser secretada 
  • evitan que la proteína sea digerida por proteasas 
  • aportan numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, ya que la repulsión entre cargas evita su agregación. 
6.4. Función de detoxificación
En muchos casos, los organismos deben encargarse de eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Estos compuestos pueden ser de diversa procedencia:
  • compuestos que se producen en ciertas rutas metabólicas, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (bilirrubina, hormonas esteroideas, etc.)
  • compuestos producidos por otros organismos (los llamados metabolitos secundarios: toxinas vegetales, antibióticos, etc.)
  • compuestos de procedencia externa (xenobióticos: fármacos, drogas, insecticidas, pesticidas, aditivos alimentarios, etc.)
Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con un derivado de la glucosa: el ácido glucurónico (tabla inferior) para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías.

Por ejemplo, la bilirrubina es un tetrapirrol de cadena abierta que aparece durante la degradación del grupo hemo de la hemoglobina. Es poco soluble en agua y muy tóxico y se acumula en tejidos grasos como el cerebro o el tejido adiposo. En el hígado se combina con ácido glucurónico (tabla superior) y de esta forma se puede eliminar a través de la bilis (heces) o de la orina

7. CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS

Monosacáridos u osas. Glúcidos de 3 a 8 átomos de C., con propiedades reductoras.
Ósidos. Asociación de monosacáridos.
  • Holósidos. Glúcidos formados sólo por monosacáridos.
    • Oligosacáridos. De 2 a 10 monosacáridos. Resultan de especial interés disacáridos y trisacáridos.
    • Polisacáridos. Mas de 10 monosacáridos.
      • Homopolisacáridos. Todos los monosacáridos iguales (glucosa)
      • Heteropolisacáridos. Más de un tipo de monnosacárido
  • Heterósidos. Monosacáridos y otras sustancias no glucídicas.

Monosacárido


Oligosacárido (disacárido)


Polisacárido
 




8. MONOSACÁRIDOS

Se nombran haciendo referencia al nº de carbonos (3-12), terminado en el sufijo osa. Así para 3C: triosas, 4C:tetrosas, 5C:pentosas, 6C:hexosas, etc.

No son hidrolizables y a partir de 7C son inestables.

Presentan un esqueleto carbonado con grupos alcohol o hidroxilo y son portadores del grupo aldehído (aldosas) o cetónico (cetosas).


Los monosacáridos simples son aldehídos o cetonas polihidroxilados. Los monosacáridos con función aldehído se llaman aldosas  y los monosacáridos con función cetona se llamancetosas .

Según la longitud de la cadena carbonada se distingue entre aldo- y cetotriosas, aldo- y cetotetrosas, aldo- y cetopentosas, aldo- y ceto hexosas, etc.

Con la excepción de la dihidroxiacetona, en todos los monosacáridos simples hay uno o varios carbonos asimétricos. En el caso más sencillo, el del gliceraldehído, hay un centro de asimetría, lo que origina dos conformaciones posibles: los isómeros D y L.

Para saber a qué serie pertenece cualquier monosacárido basta con representar su fórmula enproyección de Fischer y considerar la configuración del penúltimo carbono. La posición de su grupo OH a la derecha o a la izquierda determinará la serie D o L, respectivamente .



Todas las aldosas se consideran estructuralmente derivadas del D- y L- gliceraldehído:


Análogamente, las cetosas se consideran estructuralmente derivadas de la D- y L- eritrulosa. No pueden derivar de la dihidroxiacetona porque ésta carece de carbonos asimétricos.


La casi totalidad de los monosacáridos presentes en la Naturaleza pertenece a la serie D. Los monosacáridos de la serie L son los isómeros especulares de sus homónimos de la serie D. La figura inferior muestra la estructura de la D-eritrosa (una D-aldotetrosa) y la de su enantiómero, la L-eritrosa (una L-aldotetrosa).

Cuando la molécula posee más de un carbono asimétrico aumenta el número de isómeros ópticos posibles. El número de isómeros ópticos posibles es 2n, siendo n el número de carbonos asimétricos. En este caso, no todos los isómeros ópticos son imágenes especulares entre sí y se pueden distinguir varios tipos de isómeros ópticos:

Cuando dos isómeros ópticos son imágenes especulares entre sí, se dice que son enantiómeros o enantiomorfos. Es el caso de la D-eritrosa y L-eritrosa (figura animada superior).
Cuando dos isómeros ópticos no son mágenes especulares entre sí se dice que sondiastereoisómeros. Es el caso de La D-Alosa y la D-Altrosa.

Cuando dos isómeros ópticos difieren en la configuración de un único átomo de carbono, se dice que son epímeros. La D-glucosa y la D-galactosa son epímeros porque sólo difieren en la configuración del carbono 4.

Aunque cada isómero puede ser nombrado inequívocamente por su nomenclatura sistemática indicando la configuración de cada carbono asimétrico (R o S), se suelen utilizar con más frecuencia los nombres vulgares de los monosacáridos. Así, la galactosa sería el (2R, 3S, 4S, 5R)-pentahidroxihexanal, y la fructosa sería la (3S, 4R, 5R)-pentahidroxi-2-hexanona.

8.1. Propiedades físicas

La presencia de carbonos asimétricos en los monosacáridos les confiere la propiedad de desviar el plano de luz polarizada. Se dice que estos compuestos son ópticamente activos. La actividad óptica se mide mediante un instrumento llamado polarímetro (foto de la derecha) . El ángulo de giro de la luz polarizada (poder rotatorio) es proporcional a: (1) la concentración del azúcar en la disolución, (2) el espesor de la disolución utilizada y (3) el poder rotatorio específico de cada azúcar:


Los compuestos que desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha se llaman dextrógiros o dextrorrotatorios, y esa característica se indica anteponiendo el signo (+) al nombre del compuesto. Los compuestos que desvían el plano de luz polarizada hacia la izquierda se llaman levógiros o levorrotatorios, y esa característica se indica anteponiendo el signo (-) al nombre del compuesto.

Los prefijos D y L no tienen nada que ver con el carácter dextro/levorrotatorio de la molécula, sino que indican la posición del OH del penúltimo carbono en la representación de Fischer. Para indicar su poder rotatorio hay que utilizar los signos (+) y (-). Da la casualidad de que el D-gliceraldehído es dextrógiro (D-(+)-gliceraldehído) y de que el L-gliceraldehído es levógiro (L-(-)-gliceraldehído), pero pueden existir compuestos que pertenecen a la serie D y que son levógiros, como la D-(-)-fructosa

8.2. Mutarrotación y formación de anómeros

La representación de la glucosa en proyecciones lineales como la de Fischer no explica todas las características químicas de la glucosa. En primer lugar, la glucosa no da todas las reacciones propias de los aldehídos, y en segundo lugar, las disoluciones de D-glucosa presentan el fenómeno llamado mutarrotación.Cuando se disuelve en agua la D-glucosa cristalina su poder rotatorio varía gradualmente con el tiempo, hasta alcanzar un valor estable (+52,5º). Este fenómeno se llamamutarrotación. Además, se observa que, dependiendo del proceso seguido para la cristalización de la D-glucosa, el poder rotatorio inicial difiere considerablemente. Así, la D-glucosa recristalizada de piridina tiene un poder rotatorio inicial de +112,2º mientras que la recristalizada de alcohol tiene un poder rotatorio inicial de +18,7º. Ambas disoluciones, al cabo de 24 horas tienen el mismo valor: 52,5º.
Estos datos experimentales pueden explicarse si suponemos que la glucosa en disolución forma un enlace hemiacetálico interno entre el grupo carbonilo y uno de los hidroxilos, originando una molécula cíclica (Figura de la izquierda). El enlace hemiacetálico crea un nuevo centro de asimetría en el carbono 1, con lo que cada molécula en forma abierta puede originar dos tipos de formas cerradas (tal y como podemos observar en la Figura animada), que serán epiméricas en el carbono hemiacetálico.

Estos epímeros reciben el nombre de anómeros. Se distinguen los anómeros a y b, en función de que la configuración del carbono anomérico coincida o no con la del carbono que determina la pertenencia a la serie D o L. El carbono anomérico también se llama carbono reductor, aunque sus propiedades reductoras son menores que las de los aldehídos, ya que el grupo carbonilo está enmascarado por el enlace
hemiacetálico.
La D-glucosa recristalizada de piridina está en un 100% en configuración anomérica a, y la recristalizada de alcohol está totalmente en configuración b. En disolución, se establece un equilibrio entre ambas formas, con el intermedio de la forma abierta. Al final, aproximadamente 2/3 de las moléculas están en forma b, y el poder rotatorio alcanzado es +52,5º.

En la glucosa, el hemiacetal forma un anillo de 6 átomos (5C+O). Esta estructura recibe el nombre de glucopiranosa por su semejanza al heterociclo pirano. Cabe la posibilidad de que se forman anillos de 5 átomos (4C+O), como puede observarse en aldopentosas y cetohexosas. En este caso, se añade al nombre del azúcar el sufijo -furanosa, por semejanza con el heterociclo del furano. Ejemplos son la D-ribofuranosa y la D-fructofuranosa. Piranosas y furanosas se representan mediante proyecciones de Fischer o más frecuentemente, mediante la perspectiva de Haworth:

Formas abierta y cerrada de la glucosa
Formas abierta y cerrada de la fructosa

La relación entre ambas conformaciones es tal que lo que se representa a la derecha de la cadena de carbonos en proyección de Fischer, en la de Haworth aparece por debajo del anillo, y lo que en Fischer aparece a la izquierda, en la de Haworth aparece hacia arriba. Una excepción a esta regla es el sustituyente en el último carbono asimétrico. En este caso, el grupo -CH2OH queda por encima del anillo en proyección de Haworth. En el carbono anomérico, el OH en la forma a se representa hacia abajo, y el OH en forma hacia arriba.
8.3. Conformación de las osas

En el caso de los anillos furanósicos, los ángulos de enlace, que en el pentágono regular serían de 108º resultan muy próximos a los 109,5º que presentan las valencias del carbono tetraédrico no distorsionado. Por ello, las tensiones del anillo son muy pequeñas y en consecuencia, la estructura tridimensional se aproxima mucho a la fórmula plana:

Sin embargo, a diferencia del ciclohexano, las dos conformaciones en silla no son equivalentes. La existencia de sustituyentes voluminosos (grupos OH y CH2OH) en el anillo hace que resulten favorecidas las conformaciones silla que presenten un máximo de sustituyentes en disposición ecuatorial. En la molécula de glucosa la conformación en forma silla presenta todos los grupos OH en posición ecuatorial. De esta manera se maximiza la posible interacción con disolventes acuosos a través de puentes de hidrógeno. 


Esta peculiaridad estructural de la glucosa puede explicar en parte por qué su estructura ha sido favorecida por la evolución frente a 15 posibilidades de otras tantas hexosas.En el caso de los anillos piranósicos, al igual que con el ciclohexano, se mantienen los ángulos de enlace del carbono tetraédrico, y como consecuencia, se produce un anillo sin tensión que puede adoptar la conformación en silla o bote. 

En ambas conformaciones, los átomos de carbono no son coplanares con el anillo, y existe libre rotación entre los enlaces, al ser todos simples. Al igual que en el ciclohexano, la conformación en silla es la más estable, porque todos los carbonos (tomados dos a dos) están en conformación alternada, lo que disminuye las interacciones entre los sustituyentes.

Ejemplos de monosacáridos:
En la vía metabólica de degradación anaeróbica de la glucosa (glucolisis) hay dos importantes intermediarios: el D-gliceraldehído (aldotriosa) y la dihidroxiacetona (cetotriosa). Al igual que los demás monosacáridos, estas dos triosas no aparecen como tales, sino como sus ésteres fosfóricos.

De forma ocasional, aparecen en alguna vía metabólica. Ejemplos de aldotetrosas son la D-eritrosa y la D-treosa. Un ejemplo de cetotetrosa es la D-eritrulosa.

Son de especial interés las aldopentosas D-ribosa y su derivado 2-D-desoxirribosa, constituyentes fundamentales de los ácidos nucleicos. Otras aldopentosas que se encuentran en la Naturaleza son laD-xilosa, que forma parte de los xilanos de la madera, la L-xilosa, la D-arabinosa y la L-arabinosa(En la figura no se ve su doble enlace C=O).

La D-glucosa es el monosacárido más abundante en la naturaleza. Se encuentra como tal en el zumo de uva, en el suero sanguíneo y en el medio extracelular. Forma parte de los polisacáridos, tanto de reserva como estructurales, y constituye la base del metabolismo energético, ya que todos los seres vivos son capaces de metabolizar la glucosa. En nuestro organismo hay células (hematíes y neuronas), que sólo pueden obtener energía a partir de la glucosa.

La D-Manosa y la D-galactosa, así como sus derivados, aparecen en multitud de oligosacáridos de la superficie celular (como glicoproteínas o glicolípidos). La D-galactosa es un constituyente del disacárido lactosa, carbohidrato principal de la leche.
En cuanto a las cetohexosas, la D-fructosa está presente en casi todas la frutas, a las que confiere su sabor dulce. La D-fructosa es levorrotatoria, y de ahí que también reciba el nombre de levulosa. Sus ésteres fosfóricos también son importantes intermediarios metabólicos.



9. DERIVADOS DE LOS MONOSACÁRIDOS

9.1. Derivados por oxidación

Los extremos de la cadena carbonada de los monosacáridos pueden oxidarse para dar ácidos carboxílicos:

  • Si la oxidación tiene lugar en el carbono 1 se obtienen los ácidos aldónicos 
  • Si la oxidación tiene lugar en el carbono 6 se obtienen los ácidos urónicos 
Así, a partir de la glucosa se pueden obtener los ácidos glucónico, glucurónico y glucárico, respectivamente. Los ácidos urónicos son parte esencial de importantes polisacáridos. El ácido glucurónico se une por enlace acetal a numerosas sustancias liposolubles, facilitando su solubilización en agua y su posterior eliminación.

Con frecuencia, el carboxilo de los ácidos urónicos o aldónicos forma un enlace éster intramolecular con el hidroxilo en d, formando estructuras cíclicas llamadas d-aldonolactonas. Estos azúcares ácidos y sus lactonas también pueden presentarse como ésteres fosfóricos. Ejemplos son el ácido 6-fosfoglucónico y la 6-fosfo-d-gluconolactona, dos importantes intermediarios metabólicos. En la Tabla inferior se muestran otros ejemplos.


9.2. Derivados por reducción
Las aldosas y cetosas, por reducción del grupo carbonilo del carbono anomérico da lugar a polialcoholes (alditoles). Son alditoles de interés biológico el sorbitol, también llamado glucitol, y derivado de la glucosa, el manitol (derivado de la manosa), y el ribitol, derivado de la ribosa.

El glicerol (derivado del gliceraldehído) es un constituyente esencial en muchos lípidos, y su éster fosfórico es un importante intermediario metabólico. Un polialcohol cíclico de extraordinario interés es el inositol, que forma parte de un tipo de lípidos de membrana (los fosfoinositoles), cuya hidrólisis da lugar a señales químicas de gran importancia en los procesos de control y regulación de la actividad celular.


9.3. Desoxiderivados

La sustitución de un OH alcohólico por un H da lugar a los desoxiderivados. Son desoxiderivados de especial interés la 2-D-desoxirribosa que forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA), la 6-desoxi-L-manosa (ramnosa) y la 6-desoxi-L-galactosa (fucosa).


9.4. Aminoderivados

La sustitución de un grupo OH de los monosacáridos por un grupo amino (NH2) da lugar a los aminoderivados. La sustitución suele producirse en el carbono 2, y el grupo amino siempre está N-sustituído (lo más frecuente es que esté N-acetilado). Son de especial interés la N-acetil-D-glucosamina y la N-acetil-D-galactosamina, que aparecen en oligosacáridos complejos de la superficie celular y en polisacáridos nitrogenados de los tejidos conectivos. El ácido murámico es una hexosamina que contiene un residuo de lactato unido al carbono 3 por un enlace éter. Forma parte del peptidoglicano de las paredes celulares bacterianas.
10. ÓSIDOS



10.1. Enlace O-glucosídico

Compuestos con grupos OH, NH2 y SH pueden reaccionar con el OH hemiacetálico del carbono anomérico de un monosacárido, con pérdida de una molécula de agua para formar los compuestos llamados generalmente glicósidos. El enlace acetálico establecido se llama enlace glicosídico. La figura inferior muestra la formación de etilglucósido (un O-glicósido) a partir de glucosa y etanol.


Según la naturaleza del grupo reaccionante se distinguen O-glicósidos (a partir de un OH, figura superior), N-glicósidos (a partir de un NH2) y S-glicósidos (a partir de un SH) (figuras de la tabla inferior).

El nucleósido guanosinaes un N-glicósido
La sinigrina (obtenida de la mostaza negra) es un S-glicósido
el antibiótico aquayamicina es un C-glicósido


Hay una serie de compuestos naturales denominados C-glicósidos. El antibiótico aquayamicina (tabla superior) pertenece a este grupo. Estrictamente hablando, no poseen un enlace glicosídico, ya que la sustitución del oxígeno del carbono anomérico elimina el grupo acetal del carbono anomérico y la molécula se hace resistente a los ácidos, lo que la diferencia del resto de glicósidos.

Desde el punto de vista químico, el glicósido consta de:

  • glicona: es el componente glicídico, que normalmente aporta solubilidad a la molécula 
  • aglicona o genina: es el componente que reacciona con el OH anomérico de la glicona y que suele ser responsable de su actividad 
La glicona no tiene que ser necesariamente un monosacárido. En muchos casos es un disacárido o un trisacárido.

Cuando la aglicona es otro monosacárido, se trata de un glicósido holósido, y si es un compuesto distinto, es un glicósido heterósido.

Al formarse un enlace glicosídico:

  • el carbono anomérico pierde su carácter reductor 
  • se estabiliza la forma anomérica (a o b) del monosacárido en la forma en que reaccionó y ya no se puede observar el fenómeno de mutarrotación. Se puede hablar por tanto de a-glicósidos yb-glicósidos. 
  • aumenta la solubilidad de la aglicona, facilitando así la eliminación por la orina de compuestos poco solubles en agua 
  • El enlace glicosídico es susceptible a la hidrólisis ácida y a la acción de las enzimas llamadas glicosidasas. 


11. HOLÓSIDOS

Son los glicósidos en los cuales la aglicona es un monosacárido. Los más abundantes son los disacáridos. Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos. Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general, oligosacáridos (Figura inferior). Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.

11.1. Disacáridos

Cuando el enlace glicosídico se forma entre dos monosacáridos, el holósido resultante recibe el nombre de disacárido. Esta unión puede tener lugar de dos formasdistintas.
  • En el primer caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un OH alcohólico de otro. Así, el segundo azúcar presenta libre su carbono anomérico, y por lo tanto seguirá teniendo propiedades reductoras, y podrá presentar el fenómeno de la mutarrotación. Los disacáridos así formados se llaman disacáridos reductores.
  • En el segundo caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con el carbono anomérico del otro monosacárido. Así se forma un disacárido no reductor, donde no queda ningún carbono anomérico libre y que tampoco podrá presentar mutarrotación. En este caso, el enlace no es, estrictamente hablando, acetálico.

11.1.1. Disacáridos reductores

En ellos, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un OH alcohólico de otro. La Figura de la izquierda representa a la lactosa, cuyo segundo azúcar (la glucosa) presenta libre su carbono anomérico, y por lo tanto seguirá teniendo propiedades reductoras, y podrá presentar el fenómeno de la mutarrotación. A la hora de nombrarlos sistemáticamente, se considera monosacárido principal al que conserva su carbono anomérico libre, y se le antepone como sustituyente (entre paréntesis) el monosacárido que aporta su carbono anomérico al enlace glicosídico.

A este grupo pertenecen la maltosa, la isomaltosa, la gentibiosa, la celobiosa y la lactosa:

La maltosa (molécula de la tabla inferior) está formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición a de una y el OH del C4 de otra. Su nombre sistemático es 4-O-(a-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa, o abreviado, G(1a®4)G. No existe como tal en la Naturaleza, y se obtiene a partir de la hidrólisis del almidón (un polisacárido de reserva en vegetales).
maltosa (2D)
maltosa (3D)
gentibiosa (2D)

La isomaltosa también está formada por dos glucosas, y difiere de la anterior en que el enlace glicosídico se forma entre el OH del C1 en posición a de una y el OH del C6 de la otra. Su nombre sistemático es 6-O-(a-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa.

La gentibiosa (figura derecha de la tabla superior) está formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición b de una y el OH del C6 de otra. Su nombre sistemático es 6-O-(b-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa.

La celobiosa no existe como tal en la Naturaleza y se obtiene a partir de la hidrólisis de la celulosa, un polisacárido que forma parte de la pared celular en las plantas superiores. Está formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición b de una y el OH del C4 de otra. Su nombre sistemático es 4-O-(b-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa, o abreviado.

La lactosa está formada por glucosa y galactosa. El OH del C1 en posición b de la galactosa está unido al OH del C4 de la glucosa. Su nombre sistemático es 4-O-(b-D-galactopiranosil)-D-glucopiranosa . Este azúcar se encuentra como tal en la leche.

11.1.2. Disacáridos no reductores



En ellos, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con el carbono anomérico del otro monosacárido. El ejemplo representado en la figura de la izquierda corresponde a la sacarosa. En este caso, el enlace no es, estrictamente hablando, acetálico, ya que están reaccionando dos OH hemiacetálicos. Como no queda ningún carbono anomérico libre, estos disacáridos no podrán presentar mutarrotación.

A la hora de nombrarlos sistemáticamente hay dos opciones, ya que podemos considerar cualquiera de los dos monosacáridos como principal.

A este grupo pertenecen los disacáridos sacarosa y trehalosa:
 La sacarosa (a la derecha) es el azúcar común o azúcar de caña. Es la forma usual de reserva hidrocarbonada de muchas plantas y se encuentra en el néctar de las flores, de forma que es un componente básico para la elaboración de la miel. Está formada por glucosa y fructosa unidas ambas por sus carbonos anoméricos. En forma abreviada se expresa como G(1aÛ2b)F. Para nombrarlo sistemáticamente hay dos opciones:
  • a-D-glucopiranosil-b-D-fructofuranósido (considerando la fructosa como monosacárido principal)
  • b-D-fructofuranosil)-a-D-glucopiranósido (si consideramos la glucosa como monosacárido principal).
Oligosacárido
Estructura
Fórmula
Función
Sacarosa
aD-glucopiranosil-(1->2)
bD-fructofuranosa
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/compuestos/Glusacarosa.png
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/BolVe14.png
Reserva de monosacáridos en muchas plantas
Lactosa
bD-galactopiranosil-(1->4)
D-glucopiranosa
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/compuestos/Glulactosa.png
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/BolVe14.png
Reserva de monosacáridos en la leche de mamíferos
Maltosa
aD-glucopiranosil-(1->4)
D-glucopiranosa
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/compuestos/Glumaltosa.png
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/BolVe14.png
Producto de degradación de glucógeno o almidón
por organismos o industrial
Celobiosa
bD-glucopiranosil-(1->4)
D-glucopiranosa
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/compuestos/Glucelobiosa.png
http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/BolVe10.png
Producto de la degradación industrial de la sacarosa
No libre en la naturaleza
Rafinosa
aD-glucopiranosil-(1->6)
aD-glu-(1->2) bD-fru

http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2/imagenes/BolVe10.pngSemillas vegetales
11.2. Oligosacáridos
Los oligosacáridos son polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos. La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glicosídicos, un tipo concreto de enlace acetálico. Los más abundantes son los disacáridos, oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. 

Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos:
  1. si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico
  2. si no es reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH alcohólicos
Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general,oligosacáridos. La cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacáridos y polisacáridos ramificados.

Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.

Los oligosacáridos suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos
formando glicoproteínas y glicolípidos.
Los oligosacáridos pueden unirse a las proteínas de dos formas:
  • mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina
  • mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina.
Unión N-glicosídica a una proteína
Unión O-glicosídica a una proteína

Los oligosacáridos se unen a los lípidos mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH del lípido. La figura izquierda de la tabla inferior muestra un oligosacárido unido a un fosfolípido. La unión y la estructura del oligosacárido son de tal manera que éste no presenta ningún grupo reductor libre. En la composición del oligosacárido suelen formar parte monosacáridos como: D-glucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, ácido siálico y fucosa.


Estructura de un glicolípido
La membrana plasmática

Los oligosacáridos que forman parte de los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática (figura derecha de la tabla superior) tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie.

Los oligosacáridos también cumplen funciones importantes cuando forman parte de las glicoproteínas solubles del citoplasma.


La cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacáridos y polisacáridos ramificados. Los oligosacáridos tienen gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie, ya queson parte integrante de los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la membrana plasmática.

Entre las funciones que llevan a cabo los oligosacáridos unidos a lípidos o a proteínas de la superficie celular caben destacar:
  1. Los oligosacáridos unidos a lípidos o a proteínas de la superficie celular determinan muchas veces la individualidad antigénica tanto del tipo de tejido como del propio individuo. Así, las sustancias que determinan la especificidad del grupo sanguíneo de la superficie del hematíe son oligosacáridos complejos. Muchos antígenos tumorales son oligosacáridos de la superficie celular.
  2. El complemento glicídico de las glicoproteínas varía también en función del desarrollo ontogénico de los tejidos.
  3. La interacción de ciertos agentes patógenos (bacterias y virus) con las células huésped tiene lugar a través de las glicoproteínas 

11.3. Polisacáridos



11.3.1. Homopolisacáridos
Están formados por la unión de más de 20 monosacáridos simples. Según su función, se dividen en dos grupos:
11.3.1.1. Homopolisacáridos de reserva

11.3.1.1.1.  Almidón
Constituye la forma más generalizada, aunque no la única, de reserva energética en vegetales. Se almacena en forma de gránulos, y puede llegar a constituir hasta el 70% del peso de granos (maíz y trigo) o de tubérculos (patata). El análisis minucioso de la estructura del almidón demuestra que es una mezcla de otros dos polisacáridos: la amilosa y la amilopectina. La proporción de ambos polisacáridos varía según la procedencia del almidón, pero por lo general, la amilopectina es la más abundante.

Los almidones constituyen la principal fuente de nutrición glicídica para la humanidad. El almidón puede ser degradado por muchas enzimas. En los mamíferos, estas enzimas se llaman amilasas, y se producen sobre todo en las glándulas salivares y en el páncreas.
La amilosa es un polímero lineal formado por unidades de a-D-glucopiranosa, unidas exclusivamente por enlaces (1a®4). El número de monómeros de la molécula depende de la procedencia del almidón: alrededor de 1000 en el caso de la patata y 4000 en el caso del trigo. La amilosa se disuelve fácilmente en agua, adquiriendo una estructura secundaria característica, de forma helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice comprende 6 unidades de glucosa. El iodo se une a esta hélice y permite teñir el almidón de un color azul muy intenso.

Amilosa (en 2 y en tres dimensiones)

La amilopectina tiene un peso molecular mucho mayor que la amilosa y puede contener cientos de miles o millones de monómeros de a-D-glucopiranosa. Es un polímero ramificado, en el que las cadenas principales están formadas por mosacáridos unidos mediante enlaces glicosídicos (1a®4) y donde cada rama se une a la cadena principal mediante enlaces glicosídicos (1a®6) (Ver figura de la derecha). Estas ramificaciones están regularmente espaciadas (cada 25-30 residuos de glucosa) y cada rama contiene únicamente uniones (1a®4) (Ver figura inferior):



11.3.1.1.2. Glucógeno
Es el polisacárido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentra en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada. Su estructura es similar a la de la amilopeptina, pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 monómeros de glucosa), y su peso molecular es mucho más elevado (de hasta varios millones de dalton):

glucógeno (2-D)
glucógeno (3-D)

El mayor grado de ramificación del glucógeno (figura de la derecha) es una adaptación a su función biológica. El enzima encargado de la degradación del glucógeno es la glucógeno fosforilasa, que empieza a degradar el glucógeno a partir de sus extremos no reductores, atacando las uniones (1a®4). Así, cuantas más ramificaciones haya en la molécula, mayor será el número de puntos posibles de ataque por parte del enzima, y la movilización de las reservas energéticas será más rápida

11.3.1.1.3. Dextranos
Son polisacáridos de reserva producidos por ciertas bacterias. Consisten en cadenas de glucosa muy ramificadas, cuyo enlace predominante es (1a®6), pero que presenta ramificaciones (1a®2), (1a®3) y (1a®4), según las especies (Ver figura inferior). El crecimiento de bacterias en la superficie de los dientes da lugar a la acumulación de dextranos, que constituyen una parte importante de la placa dental. En el laboratorio se utilizan frecuentemente como soportes para medios cromatográficos, como el Sephadex, que son cadenas de dextranos entrecruzadas con epiclorhidrina.

Dextrano
Sephadex

11.3.1.2. Homopolisacáridos estructurales

11.3.1.2.1. Celulosa
Se puede considerar como la molécula orgánica más abundante en la Naturaleza. Es un polímerolineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces (1b®4). Es muy estable químicamente e insoluble en agua.

Las cadenas lineales de celulosa forman unas estructuras cristalinas denominadas microfibrillas, con un diámetro de entre 20 y 30 nm y formadas por unas 2000 moléculas de celulosa entre las cuales se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de cadenas de celulosa yuxtapuestas, haciéndolas impenetrables al agua, y originando unas fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales.

Celulosa (en 2 dimensiones)
Celulosa (en tres dimensiones)
Estructura de las fibras de celulosa en vegetales
Fibras de celulosa en el papel


Polisacárido
Organismo
Monómero
Uniones
Ramificaciones
pm
Función
Almidón
Amilosa (30%)
Plantas
Glucosa
a(1->4)
lineal
1.000
500.000
Reserva
Amilopeptina (70%)
Plantas
Glucosa
a (1->4)
(1->6)
24 -30 restos
1 E6
100 E6
Reserva
Glucógeno
Animales
Glucosa
a (1->4)
(1->6)
8-12 restos
1 E6
5 E6
Reserva
Dextronas
Procariotas
Protistas
Levaduras
Glucosa
a (1->6)
a(1->3)
a veces
a(1->4) ó a(1->2)
50.000
100.000
Reserva
Celulosa
Plantas
Glucosa
b(1->4)
lineal
500.000
2,5 E6
Estructural
Quitina
Hongos
Animales
N-acetil
glucosamina
b (1->4)
lineal

Pared
Exoesqueleto
Xilibiosa
Plantas
Xilulosa
b (1->4)
lineal

Estructural
Paredes
Muco-polisacáridos
Animales
Glucosamina
Galactosamina
Glucorónico
variados
Predominan
b 
Variadas

Lubricantes
Cementantes
Reconocimiento



11.3.2. Heteropolisacáridos

Son polímeros de elevada masa molecular, formados por la condensación acetálica de monosacáridos derivados. Forman un grupo bastante heterogéneo de polímeros.

Atendiendo a criterios estructurales pueden dividirse en tres clases:

En esta categoría de polisacáridos derivados podemos citar:
  • 11.3.2.1.1. Quitina
    Es el segundo polisacárido más abundante de la biosfera. Es muy parecido a la celulosa, aunque menos reactivo. La quitina está formada por unas 120 unidades de N-acetilglucosamina en enlaces (1b®4)(Figura inferior derecha). Su función es estructural, ya que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos (crustáceos, insectos, etc.) y de las paredes celulares de los hongos.

    Exoesqueleto de artópodos
    Composición química de la quitina

    El lufenuron (Figura inferior izquierda) es una molécula que inhibe la síntesis de quitina y se utiliza como antipulgas para los animales domésticos.

    Se administra una vez al mes por vía oral y se acumula en la grasa del animal. Las pulgas lo ingieren cuando pican al animal y lo transmiten a sus huevos, que serán incapaces de desarrollar el exoesqueleto.

    A partir de la quitina, por deacetilación en medio básico, se puede obtener el quitosán (Figura inferior derecha). El grado de deacetilación oscila entre el 60 y el 100%. Este polímero tiene numerosas aplicaciones industriales y medicinales.

    Lufenuron
    Quitosán
  • 11.3.2.1.2. Pectinas. Se encuentran en las paredes de las células vegetales, aunque en menor proporción que la celulosa y contribuyen a que las células vegetales se mantengan unidas. Son muy abundantes en la pulpa de la manzana y en la cáscara de los cítricos (la parte blanca). A este grupo de compuestos pertenecen elácido péctico y el ácido pectínico (Tabla inferior).
Ácido péctico y ácido pectínico
Pectina

Las pectinas son polímeros lineales formados por varios cientos de unidades de ácido D-galacturónico, parcialmente esterificado con metanol (metoxilados) y unidas por enlaces (1a®4) (Tabla inferior). Según el grado de esterificación se distinguen las pectinas "de alto metoxilo" y las pectinas "de bajo metoxilo". Cuando están formadas únicamente por ácido D-galacturónico se habla dehomogalacturonano.

La pectina es parte de la dieta normal del ser humano, aunque carece de valor nutritivo. Atraviesa el intestino de forma prácticamente intacta. Se trata, por tanto, de una fibra dietética soluble que da consistencia a las heces y también parece ayudar a reducir los niveles de colesterol.


 También se utilizan mucho en la industria alimentaria (fabricación de mermeladas) y en la gastronomía por sus propiedades gelificantesEn algunos casos, la cadena lineal de ácido D-galacturónico se interrumpe por la presencia de L-ramnosa (unida mediante enlaces 1a®2) y de la que surgen ramificaciones con una longitud de entre 1 y 20 monosacáridos neutros (fundamentalmente D-galactosa, L-arabinosa y D-xilosa). En este caso se trata de un ramnogalacturonano.


12. HETEROPOLISACÁRIDOS

12.1. Polímeros lineales formados por dos monómeros, en secuencia alternante

Los glicosaminoglicanos son polisacáridos propios de los tejidos animales de origen mesodérmico (conjuntivo, óseo, cartilaginoso), de los que forman parte importantísima la matriz extracelular. A diferencia de los polisacáridos vistos hasta ahora, presentan una elevada densidad de carga eléctrica negativa. Normalmente forman un copolímero del tipo ABABAB..., que puede considerarse como larepetición de un disacárido.

Su estructura química es muy variada, pero reúnen algunas características comunes que conviene destacar:

1.- En casi todos, la unidad repetitiva básica es un disacárido, formado por un ácido urónico (D-glucurónico o L-idurónico) unido por un enlace (1b®3) a un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalacatosamina). Este disacárido se une al siguiente por un enlace (1b®4). Son, por tanto, cadenas lineales donde alternan enlaces (1b®3) con enlaces (1b®4).
2.- Los residuos monosacáridos presentan grados variables de sulfatación. El sulfato esterificado a los OH alcohólicos aumenta el carácter polianiónico de estos polisacáridos.

3.- Con la excepción del ácido hialurónico, se presentan unidos covalentemente a proteínas, formando los proteoglicanos (también llamados mucopolisacáridos). No hay que confundir proteoglicano con glicoproteína. En los primeros, el componente glicídico es superior al 90%, mientras que en las segundas oscila entre el 5 y el 70%. La unión a la proteína es normalmente del tipo O-glicosídico, y en ella interviene un trisacárido formado por dos galactosas y una xilosa (Ver figura inferior). Sólo en el caso del queratán sulfato, la unión es del tipo N-glicosídico a una residuo de asparagina.

4.- La configuración general de los proteoglicanos admite tres tipos:
  • pequeño, donde una o dos cadenas de glicosaminoglicano se unen a una proteína de tipo globular
  • grande, donde 10-20 cadenas de glicosaminoglicano se unen a una proteína de tipo fibroso con un dominio globular en el extremo
  • muy grande, donde 100 cadenas polisacáridas se unen a una proteína de tipo fibroso con uno o dos dominios globulares en uno de sus extremos.
pequeño
grande
muy grande

También se le llama hialuronano. Se encuentra en abundancia en el humor vítreo del ojo, en el líquido sinovial de las articulaciones y en la matriz extracelular de los tejidos de origen mesodérmico. Está formado por ácido glucurónico y N-acetilglucosamina (Tabla inferior). 

La presencia de ácido hialurónico en la matriz extracelular constituye una eficaz barrera contra la difusión de macromoléculas

La heparina. Destaca por sus propiedades anticoagulantes. Su poder anticoagulante se debe a que la proteína antitrombina (1) se activa al unirse a la heparina (2). La antitrombina activada se une a la trombina (3), impidiendo que ésta polimerice el fibrinógeno de la sangre para formar el coágulo. Por último, el complejo inactivo antitrombina-trombina se disocia de la heparina (4), que puede seguir con su actividad anticoagulante:

Acción anticoagulante de la heparina




Forman parte de la pared celular de las Eubacterias. Según la estructura de la pared bacteriana, las eubacterias se clasifican en Gram-positivas y Gram-negativas, en función de que den positivo o no a un procedimiento de tinción desarrollado por el microbiólogo danés Gram (1853-1938).
Tipo de bacteria
Gram (+)
Gram(-)
Composición
Aspecto de las bacterias al microscopio óptico
Aspecto de la pared celular al microscopio electrónico
Representación esquemática