Glúcidos: Estructura y Clasificación

Definición y Composición

Los glúcidos (o hidratos de carbono) son compuestos formados principalmente por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O), generalmente siguiendo la fórmula empírica (CH₂O)n. Algunos glúcidos pueden contener átomos de otros elementos como Fósforo (P), Azufre (S) y Nitrógeno (N).

Se les denomina comúnmente azúcares por su sabor dulce (a excepción del almidón). Químicamente, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (polialcoholes con un grupo carbonilo, que puede ser aldehído –CHO o cetona –CO–).

Estructura de los Monosacáridos

En disolución, la mayor parte de los monosacáridos con cinco o más átomos de carbono no mantienen estructuras lineales, sino que forman estructuras cíclicas cerradas. Esto explica la baja reactividad de los grupos aldehídos y cetonas en solución, y el comportamiento como si tuvieran un carbono asimétrico adicional.

El cierre del anillo forma un carbono adicional denominado Carbono Anomérico, generado mediante dos tipos de enlaces:

• Enlaces hemiacetales: Formados por la reacción entre alcoholes y aldehídos.
• Enlaces hemicetales: Formados por la reacción entre alcoholes y cetonas.

La presencia del Carbono Anomérico permite la existencia de dos nuevos estereoisómeros llamados anómeros:

• Anómero Alfa (α): Cuando el grupo –OH se sitúa hacia abajo del Carbono Anomérico.
• Anómero Beta (β): Cuando el grupo –OH se sitúa hacia arriba del Carbono Anomérico.

Holósidos: Oligosacáridos

Son glúcidos constituidos por la unión de cadenas cortas de monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos. Son hidrolizables, de sabor dulce, cristalizables y solubles. Los más abundantes son los disacáridos.

Disacáridos

Se forman por la unión de dos osas (monosacáridos) mediante un enlace O-glucosídico (mono o dicarbonílico).

Principales Disacáridos

• Maltosa (Azúcar de malta): Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Está formada por dos moléculas de α-D-glucopiranosa (la segunda glucosa también puede presentarse en forma β). Posee carácter reductor. Su nomenclatura es: α-D-glucopiranosil (1→4) α-D-glucopiranosa.
• Isomaltosa: Formada por la hidrólisis de la amilopectina (componente del almidón y el glucógeno). Está compuesta por dos moléculas de α-D-glucopiranosa unidas por un enlace α(1→6). No tiene poder reductor.
• Lactosa: Formada por β-D-glucopiranosa y β-D-galactosa, unidas por un enlace (1→4). Posee poder reductor. Su nombre es: β-D-galactopiranosil (1→4) β-D-glucopiranosa.
• Celobiosa: Formada por dos β-D-glucopiranosas unidas por un enlace (1→4). Posee poder reductor.

Holósidos: Polisacáridos

Son glúcidos formados por la unión de 11 a 1000 o más monosacáridos o derivados mediante enlaces O-glucosídicos. A diferencia de los oligosacáridos, no son solubles, no tienen sabor dulce, no se cristalizan y no presentan poder reductor. Los seres vivos los utilizan como elementos de reserva energética o como componentes estructurales.

Se clasifican en homopolisacáridos y heteropolisacáridos.

Homopolisacáridos

Formados por monómeros de un único tipo (osas o derivados), unidos por enlaces O-glucosídicos.

Homopolisacáridos con Función de Reserva

1. Almidón/Fécula: Polisacárido de reserva energética en las plantas, almacenado en orgánulos como los amiloplastos. Está compuesto por dos tipos de polímeros:
   • Amilosa: Formada por unidades de maltosa. Posee una estructura helicoidal, donde cada seis moléculas de glucosa forman una vuelta de hélice.
   • Amilopectina: Forma cadenas lineales y helicoidales con enlaces α(1→4). Presenta ramificaciones de 24 a 30 unidades que se unen mediante enlaces α(1→6).
2. Glucógeno: Es el principal elemento de reserva en los animales. Es similar a la amilopectina, pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-10 restos de glucosa), lo que permite una mayor compactación. Se almacena principalmente en el hígado y en el músculo estriado.

Homopolisacáridos con Función Estructural

1. Quitina: Polímero de la N-acetilglucosamina. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos.

Heteropolisacáridos

Son glúcidos que, al hidrolizarse, dan lugar a dos o más tipos de osas o derivados. Destacamos:

• Hemicelulosa: Compuesta por glucosa, galactosa y fucosa, entre otros. Se encuentra en la pared celular de las células vegetales.
• Pectinas: Formadas por distintos monosacáridos y ácido galacturónico. Se utilizan como espesantes en la industria alimentaria.
• Agar-agar: Es un tipo de mucílago, encontrado en algas rojas. Es una sustancia gelatinosa útil para elaborar medios de cultivo para microorganismos.
• Mucopolisacáridos (Glicosaminoglucanos): Formados por ácido glucurónico más (N-acetil-glucosamina o N-acetil-galactosamina). Se encuentran en las sustancias intercelulares de los tejidos conectivos donde cumplen varias funciones. Un ejemplo es:
  • Heparina: Actúa como anticoagulante sanguíneo y se utiliza en medicina contra la trombosis.

Heterósidos

Los heterósidos están formados por una parte glucídica unida a un aglucón (parte no glucídica). La parte aglucón puede estar constituida por alcoholes, esteroides, etc. Destacan:

• Glucolípidos: Heterósidos cuyo aglucón es un lípido (ceramida) unido a un oligosacárido. Los más importantes son los cerebrósidos y gangliósidos, que son componentes principales de la membrana externa de bacterias y son objetivos clave para los anticuerpos contra estas bacterias.

Funciones de los Glúcidos

• Función Energética: Muchos glúcidos son depósitos de reserva de energía, ya que son capaces de liberar energía y, al ser insolubles en agua (como los polisacáridos), permiten un almacenamiento energético eficiente.
• Función Transportadora: Ayudan a solubilizar grasas para facilitar su transporte a los tejidos.
• Función Aislante/Protectora: Actúan como aislantes térmicos y amortiguadores de golpes.
• Función Estructural: Forman parte de la membrana celular (junto a fosfolípidos y proteínas) y de las cubiertas vegetales (celulosa).
• Absorción de Energía: Participan en procesos como la absorción de luz (ej. carotenoides y xantófilas).
• Función Reguladora: Cumplen funciones vitamínicas y hormonales.

Lípidos: Ácidos Grasos y Estructuras de Membrana

Ácidos Grasos

Son ácidos orgánicos monocarboxílicos que poseen una cadena hidrocarbonada lineal y un grupo carboxilo (–COOH) en el extremo. Generalmente presentan un número par de átomos de carbono, comprendido entre 12 y 24. Raramente se encuentran libres en la naturaleza, sino que forman parte de lípidos complejos.

Clasificación de los Ácidos Grasos

1. Ácidos Grasos Saturados: No presentan dobles enlaces, por lo que sus cadenas son lineales. Tienen una temperatura de fusión elevada y son sólidos a temperatura ambiente.
2. Ácidos Grasos Insaturados: Presentan uno o más dobles enlaces, lo que provoca una inclinación (codo) en la cadena. Su temperatura de fusión es baja, por lo que son líquidos a temperatura ambiente. Se subdividen en:
   • Monoinsaturados: Poseen solo un doble enlace (ej. el ácido oleico).
   • Poliinsaturados: Poseen varios dobles enlaces.

Propiedades de los Ácidos Grasos

Son moléculas anfipáticas, con dos zonas diferenciadas:

1. Zona polar hidrófila (el grupo –COOH).
2. Zona apolar hidrófoba (la cadena hidrocarbonada).

Las cadenas hidrocarbonadas se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, mientras que los grupos carboxílicos establecen puentes de hidrógeno con otras moléculas polares. El carácter anfipático permite que, en medio acuoso, formen monocapas, bicapas o micelas.

• Cuanto más larga sea la cadena, mayor será la temperatura de fusión. Pero la presencia de dobles enlaces disminuye la temperatura de fusión, dado que estos enlaces producen inclinaciones en las cadenas que dificultan la compactación.
• Reaccionan con alcoholes formando ésteres y liberando agua (reacción de esterificación).
• Saponificación: Los ésteres (lípidos saponificables) se hidrolizan en medio alcalino (NaOH o KOH), obteniendo una sal de ácido graso sódica o potásica, denominada jabón.
• Efecto Detergente de los Jabones: La zona hidrófila del jabón se mezcla con el agua y establece enlaces electrostáticos con moléculas polares. Esto permite la formación de dispersiones coloidales (micelas) con doble función: detergente y espumante.

Lípidos Saponificables Simples (Reserva y Protección)

Son lípidos formados únicamente por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O). Al hidrolizarse, dan lugar a ácidos grasos y alcoholes. Se agrupan en:

Acilglicéridos (Grasas)

Son ésteres de ácidos grasos y glicerina (propanotriol). Se forman por la esterificación de 1, 2 o 3 grupos alcohólicos de la glicerina. Según el número de moléculas de ácidos grasos esterificadas, se clasifican en:

1. Monoacilgliceroles: Se esterifica 1 molécula de ácido graso.
2. Diacilgliceroles: Se esterifican 2 moléculas de ácidos grasos.
3. Triacilgliceroles (Triglicéridos): Se esterifican 3 moléculas de ácidos grasos.

Los diacilgliceroles y triglicéridos son los más abundantes y se denominan grasas neutras porque son apolares e insolubles en agua. Pueden ser simples o mixtas. A temperatura ambiente se presentan como:

• Aceites (líquidos, predominio de insaturados).
• Sebos y mantecas (sólidos, predominio de saturados).

Céridos (Ceras)

Son monoésteres de un ácido graso de cadena larga y un monoalcohol de cadena larga. Son sólidos e insolubles en agua porque sus dos extremos son hidrófobos. Cumplen una función impermeabilizante y protectora.

Lípidos Saponificables Complejos (Lípidos Estructurales de Membrana)

Los fosfolípidos y los glucolípidos son sustancias anfipáticas esenciales, capaces de autoorganizarse en un medio acuoso para formar estructuras biológicas.

Estructuras Formadas en Medio Acuoso

Estas estructuras se forman porque los grupos hidrófilos se orientan hacia el exterior (en contacto con el agua), mientras que las colas hidrófobas quedan orientadas hacia el interior.

1. Bicapas Lipídicas: Estructuras en forma de láminas que separan dos medios acuosos. Constituyen la base de las membranas celulares. Los fosfolípidos también pueden formar monocapas.
2. Micelas: Estructuras esféricas. Las zonas hidrófilas están en contacto con el agua, y las zonas hidrófobas (cadenas hidrocarbonadas) se sitúan en el interior.
3. Liposomas: Formaciones vesiculares creadas en laboratorio, constituidas por bicapas lipídicas cerradas.

Proteínas: Aminoácidos y Estructura

Aminoácidos

Los aminoácidos se definen como monómeros o moléculas sencillas que siempre están formadas por un grupo amino (–NH₂), un grupo carboxilo (–COOH) y una cadena lateral (grupo R), que es lo que varía de un aminoácido a otro.

El carbono que sigue al grupo carboxilo se denomina Carbono Alfa (Cα), y los siguientes son Cβ, Cγ, etc. Las proteínas están formadas exclusivamente por alfa aminoácidos (aquellos cuyo grupo amino se une al Cα).

El grupo R determina el tipo de aminoácido, sus propiedades y funciones. Existen 20 aminoácidos proteicos y alrededor de 150 aminoácidos no proteicos.

Propiedades de los Aminoácidos

• Son sólidos a temperatura ambiente y algunos son solubles. Su punto de fusión es muy elevado.
• Son cristalizables (como sales) e incoloros.
• Tienen carácter anfótero: pueden comportarse como ácidos o como bases, dependiendo del pH de la disolución.
• Punto Isoeléctrico (PI): Es el pH al que el aminoácido es eléctricamente neutro, comportándose como un ion doble o híbrido (zwitterión) con carga neta cero.
• Isomería: Los aminoácidos presentan estereoisomería (al igual que los glúcidos) porque el Carbono Alfa está unido a cuatro grupos distintos. El Cα es un carbono asimétrico, excepto en la glicina, que es un aminoácido muy simple cuya cadena lateral es un Hidrógeno (H), por lo que el Cα está unido a dos H.

Clasificación de los Aminoácidos

Los aminoácidos se clasifican en función de las propiedades de su grupo R (cadena lateral):

• Aminoácidos Neutros:
  • Apolares/Hidrófobos: Ejemplos: Alanina (Ala), Valina, Leucina, Isoleucina, Prolina, Metionina, Fenilalanina, Triptófano.
  • Polares/Hidrófilos (sin carga): Poseen grupos funcionales como alcohol (–OH), tiol (–SH) o amida. Ejemplos: Glicina (Gly), Serina (Ser), Treonina (Thr), Cisteína (Cys), Tirosina (Tyr), Asparagina (Asn), Glutamina (Gln).
• Aminoácidos Básicos: Poseen un grupo amino adicional en la cadena lateral que, a pH neutro o ácido, está cargado positivamente. Ejemplos: Lisina (Lys), Arginina (Arg), Histidina (His).
• Aminoácidos Ácidos: Poseen un grupo carboxilo adicional en la cadena lateral que, a pH neutro, está cargado negativamente. Ejemplos: Ácido Aspártico (Asp), Ácido Glutámico (Glu).