Carbohidratos
Los
hidratos de carbono, las biomoléculas más abundantes de la naturaleza, conectan
directamente la energía solar y la energía del enlace químico de los seres
vivos Se forman durante la fotosíntesis un proceso bioquímico en el que se
captura la energía luminosa y se utiliza para impulsar la biosíntesis de moléculas
orgánicas con energía abundante a partir de las moléculas con poca energía CO2
y H2O. La mayoría de los hidratos de carbono contienen carbono,
hidrógeno y oxígeno con una proporción (CH2O), de aquí el nombre de
hidrato de carbono.
Los
hidratos de carbono se clasifican en monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos
y polisacáridos, de acuerdo con el número de unidades de azúcar sencillo que
contienen.
Los
carbohidratos se clasifican como sigue:
1. Los monosacáridos:
son los azúcares que no se pueden hidrolizar hacia carbohidratos más simples.
Pueden clasificarse como triosas, tetrosas, pentosas, hexosas o heptosas,
dependiendo del número de átomos de carbono, y como aldosas o cetosas,
dependiendo de si tienen un grupo aldehído o cetona. Además de aldehídos y
cetonas, los alcoholes polihídricos (alcoholes azúcar o polioles), en los
cuales el grupo aldehído o cetona se ha reducido a un grupo alcohol, también se
encuentran de modo natural en los alimentos. Son sintetizados por medio de
reducción de monosacáridos para uso en la manufactura de alimentos para
reducción de peso, y para diabéticos. Se absorben poco y tienen alrededor de la
mitad del rendimiento de energía delos azúcares.
2. Los disacáridos: son productos de
condensación de dos unidades de monosacárido; los ejemplos son maltosa y
sacarosa.
3. Los polisacáridos: son productos de
condensación de más de 10 unidades de monosacáridos; los ejemplos son los
almidones y las dextrinas, que pueden ser polímeros lineales o ramificados. Los
polisacáridos a veces se clasifican como hexosanos o pentosanos, dependiendo de
la identidad de los monosacáridos que los constituyen (hexosas y pentosas,
respectivamente). Además de almidones y dextrinas, los alimentos contienen una
amplia variedad de otros polisacáridos que se conocen en conjunto como polisacáridos
no almidón; las enzimas del ser humano no los digieren, y son el principal componente
de la fibra en la dieta.
Ciclación de aldosas y
hexosas
El comportamiento óptico de algunos monosacáridos parece
indicar que tienen un
átomo de carbono más que lo que se ve en las estructuras de
las figuras
Conformaciones de los monosacáridos
Debido
a su simplicidad, las proyecciones de Haworth se usan con frecuencia en
bioquímica. Esas fórmulas muestran la configuración de los átomos y los grupos
en cada átomo de carbono de la columna vertebral del azúcar. Sin embargo, la
geometría de los átomos de carbono de un anillo de monosacárido es tetraédrica
(ángulos de enlace cercanos a 110°), por lo que en realidad los anillos de
monosacárido no son planos. Los monosacáridos cíclicos pueden tener diversas
conformaciones, o formas tridimensionales que tienen la misma configuración.
Las
furanosas también pueden formar conformaciones torcidas, donde dos de los cinco
átomos del anillo están fuera del plano, uno a cada lado del plano formado por
los otros tres átomos. Los anillos de piranosa tienden a asumir una
de dos conformaciones, la de silla o la de bote.
Derivados
de los monosacáridos
A. Fosfatos de azúcar
Los
monosacáridos, en las vías metabólicas, con frecuencia se convierten en ésteres
de fosfato.
Los
fosfatos de triosa, el 5-fosfato de ribosa y el 6-fosfato de glucosa son
ésteres alcohol-fosfato simples.
B. Desoxiazúcares
Un
átomo de hidrógeno sustituye a uno de los grupos hidroxilo del monosacárido precursor.
La 2-desoxi-D-ribosa es un bloque constructivo importante en el ADN. La L-fucosa
(6-desoxi-L-galactosa) está muy distribuida en plantas, animales y
microorganismos.
C. Aminoazúcares
En
varios azúcares, un grupo amino sustituye uno de los grupos hidroxilo del
monosacárido precursor. A veces el grupo amino está acetilado. Los
aminoazúcares de la glucosa y la galactosa se suelen presentar en
glucoconjugados.
D. Azúcares alcoholes
En
un azúcar alcohol el oxígeno carbonílico del monosacárido precursor se ha
reducido y se produce un polihidroxialcohol.
E. Azúcares ácidos
Los
azúcares ácidos son ácidos carboxílicos derivados de las aldosas, sea por
oxidación de C-1 (el carbono aldehídico) para formar un ácido aldónico, o por
oxidación del carbono con número mayor (el que tiene el alcohol primario) para
formar un ácido aldurónico. Los ácidos aldónicos pueden estar como
piranosas, por lo que poseen un carbono anomérico.
F. Ácido ascórbico
El
ácido L-ascórbico (figura 8.18), o vitamina C, es un enodiol de una lactona
derivada del D-glucoronato. Los primates no pueden convertir glucoronato en
ácido ascórbico, y en consecuencia deben obtenerlo en su dieta. El ácido ascórbico
es un cofactor esencial para las enzimas que catalizan la hidroxilación de los
residuos de prolina y lisina durante la síntesis de colágena.
Disacáridos y otros glicósidos
El
enlace glicosídico es el principal enlace estructural en todos los polímeros de
los monosacáridos. Es un enlace acetal, donde el carbono anomérico de un azúcar
se condensa con un alcohol, una amina o un tiol. Los glucósidos son una clase
especial de glicósidos, donde la glucosa aporta el carbono anomérico. Entre los
glicósidos hay disacáridos, polisacáridos y algunos derivados de carbohidrato.
A. Estructuras de los disacáridos
Los
disacáridos se forman cuando el carbono anomérico de una molécula de azúcar
interactúa con uno de varios grupos hidroxilo de la otra molécula de azúcar.
Así, para los disacáridos y otros carbohidratos polímeros, se deben considerar
los tipos de residuos de monosacárido que están presentes, y también los átomos
que forman los enlaces glicosídicos.
B. Azúcares reductores y no reductores
Los
azúcares reductores se detectaban por su capacidad de reducir iones metálicos. y
formar productos insolubles. Los carbohidratos que son acetales, como la
sacarosa, no se oxidan con facilidad, porque ambos átomos de carbono anoméricos
están fijos en un enlace glicosídico. Se clasifican como azúcares no
reductores.
C. Nucleótidos y otros glicósidos
Los
carbonos anoméricos de los azúcares forman enlaces glicosídicos no sólo con otros
azúcares, sino también con diversos alcoholes, aminas y tioles. Los glicósidos que
se encuentran con más frecuencia, además de los oligosacáridos y polisacáridos,
son los nucleósidos, donde hay purina o pirimidina unida por su grupo amino
secundario.
Los
nucleósidos se llaman N-glicósidos debido que en el enlace glicosídico particima
un átomo de nitrógeno. La guanosina (
-D-ribofuranosilguanina)
es un nucleósido típico.
Polisacáridos
Con
frecuencia se divide a los polisacáridos en dos clases extensas. Los
homoglicanos (u homopolisacáridos) son polímeros que sólo contienen residuos de
un tipo de monosacárido. Los heteroglicanos (o heteropolisacáridos) son
polímeros que contienen residuos de más de un tipo de monosacárido.
A. Almidón y glucógeno
Todas
las especies sintetizan D-glucosa. El exceso de glucosa se puede descomponer y producir
energía metabólica. Los residuos de glucosa se almacenan como polisacáridos, hasta
que se necesitan para producir energía. El homoglicano de almacenamiento más
común de la glucosa en las plantas y los hongos es el almidón; y en los
animales es el glucógeno. Ambos tipos de polisacárido existen en las bacterias.
En las células vegetales, el almidón existe como mezcla de amilosa y
amilopectina.
B. Celulosa y quitina
La
celulosa es un polisacárido estructural. Es uno de los principales componentes
de las paredes celulares rígidas que rodean muchas células vegetales. Los
tallos y las ramas de muchas plantas están formados principalmente por
celulosa. Este solo polisacárido forma un porcentaje apreciable de toda la
materia orgánica en la Tierra.
Glicoconjugados
Los
glicoconjugados consisten en polisacáridos unidos a proteínas o péptidos. En
muchos casos, los polisacáridos consisten en varias unidades distintas de monosacárido.
Por consiguiente, son heteroglicanos. (Almidón, glucógeno, celulosa y quitina
son homoglicanos). Los heteroglicanos aparecen en tres tipos de
glicoconjugados: proteoglicanos, peptidoglicanos y glicoproteínas
A. Proteoglicanos
Los
proteoglicanos son complejos de proteínas y una clase de polisacáridos llamados
glicosaminoglicanos. Esos glicoconjugados se presentan principalmente en la
matriz extracelular (tejido conectivo) de animales multicelulares.
B. Peptidoglicanos
Los
peptidoglicanos son polisacáridos unidos a péptidos pequeños. Las paredes
celulares de muchas bacterias contienen una clase especial de peptidoglicano
con un componente de heteroglicano unido a un péptido de cuatro o cinco
residuos.
El
componente peptídico de los peptidoglicanos varía entre las bacterias.
En
las bacterias Gram-negativas hay una capa delgada de peptidoglicano entre la
membrana
plasmática interna y la membrana externa. En las bacterias Gram-positivas no
hay membrana externa, y la pared celular de peptidoglicano es mucho más gruesa.
En
el procedimiento de tinción de Gram (por Hans Christian Gram), la gruesa pared
de peptidoglicano de las bacterias Gram-positivas retiene un complejo colorante
púrpura, pero no lo retiene la pared de peptidoglicano, más delgada, de las
bacterias Gram-negativas.
C. Glicoproteínas
Las
glicoproteínas, como los proteoglicanos, son proteínas que contienen
oligosacáridosunidos en forma covalente (es decir, proteínas que están
glicosiladas; los proteoglicanos son un tipo de glicoproteína). Las cadenas de
carbohidrato de una glicoproteína varían de longitud, de 1 hasta más de 30
residuos, y pueden formar hasta 80% de la masa total de la molécula. Las
glicoproteínas son un grupo extraordinariamente diverso de proteínas que abarca
enzimas, hormonas, proteínas estructurales y proteínas de transporte.
No hay comentarios:
Publicar un comentario