CARBOHIDRATOS
v Definición:
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de
carbono o sacáridos son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno, cuyas principales funciones en los seres vivos son el
prestar energía inmediata y estructural.
El término "hidrato de carbono" o
"carbohidrato" es poco apropiado, ya que estas moléculas no son
átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas de agua, sino que constan de átomos
de carbono unidos a otros grupos funcionales como carbonilo e hidroxilo.
v Clasificación:
Los
carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Un monosacárido, es una
unidad, ya no se subdivide más por hidrólisis ácida o enzimática, por ejemplo
glucosa, fructosa o galactosa.
Los oligosacáridos están constituidos por dos a diez unidades de
monosacáridos. La palabra viene del griego, oligo = pocos. Digamos el azúcar
que utilizamos es un disacárido y por tanto un oligosacárido.
Los
polisacáridos son macromoléculas, por hidrólisis producen muchos monosacáridos,
entre 100 y 90 000 unidades.
Estos hidratos de carbono también se clasifican en:
-
Simples: son
aquellos azúcares que se absorben en forma rápida, de los cuales se pueden
obtener energía en forma casi instantánea. Dentro de este grupo puedes
encontrar los dulces, azúcar o sacarosa, miel, mermeladas, amasados de
pastelería, etc.
-
Complejos:
Son aquellos azúcares de absorción lenta, necesitan de un mayor tiempo de
digestión, por lo que actúan como energía de reserva. Dentro de este grupo se
puede encontrar las verduras,
cereales integrales, legumbres,
pastas, frutas.
Adicionalmente
los monosacáridos se clasifican como aldosas
o cetosas. El sufijo –osa
designa un carbohidrato y los prefijos aldo- y ceto- identifican el tipo de
grupo carbonilo presente en la molécula, ya sea un aldehído o una cetona.
El número de
átomos de carbono en los monosacáridos se indica por el prefijo numérico
apropiado, tri-, tetr-, pent-, hex- y así sucesivamente, en el nombre. Por
ejemplo: la glucosa es una
aldohexosa, un azúcar aldehídico de seis carbonos; la fructosa es una cetohexosa de cinco carbonos; y la psedoheptulosa es una
cetoheptosa, un azúcar cetónico de siete carbonos. La mayoría de los azucares
simples comunes son pentosas o hexosas.
CLASIFICACIÓN DE
LOS CARBOHIDRATOS ALIMENTICIOS
CLASE
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EJEMPLOS
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Monosacáridos
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Glucosa, fructosa, galactosa
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Disacáridos
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Sacarosa, lactosa, maltosa
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Polioles
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Isomaltol, maltitol, sorbitol, xilitol, eritritol
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Oligosacáridos
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Fructooligosacáridos, maltooligosacáridos
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Polisacáridos tipo almidón
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Amilosa, amilopectina, maltodextrinas
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Polisacáridos no semejantes al almidón (fibra alimenticia)
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Celulosa, pectinas, hemicelulosas, gomas, inulina
|
v Estereoquímica
Debido a que los carbohidratos tienen por lo general numerosos centros
quirales, se ha reconocido desde hace mucho tiempo que es necesario un método
rápido para representar la estereoquímica de los carbohidratos. Se sugirió un
método basado en la proyección de un átomo de carbono tetraédrico en una
superficie plana llamado proyecciones de
Fischer
Un átomo de carbono tetraédrico se representa por dos
líneas cruzadas en una protección de Fischer. Las líneas horizontales
representan los enlaces que salen de la página y las líneas verticales
presentan enlaces que van hacia adentro de la página.
Debido a que una molécula quiral dada puede representarse de muchas
maneras, con frecuencia es necesario comparar dos proyecciones para ver si
representan el mismo enantiómero
- Una
proyección de Fischer puede rotarse 180ᶱC en la página, pero no a 90ᶱC o 270 ᶱC.
Solo una rotación de 180ᶱC conserva la convención de Fischer al permitir que
los mismos grupos sustituyentes vayan hacia afuera y hacia adentro del plano.
- Una rotación
de 90ᶱC rompe la convención de Fischer al intercambiar los grupos que van hacia
adentro y a los que van hacia afuera del plano
- Una
proyección de Fischer puede tener un grupo fijo mientras que las otras tres
rotan en una dirección a favor o contraria a las manecillas del reloj. El
efecto es simplemente la rotación alrededor de un solo enlace, lo cual no
cambia la estereoquímica.
v Reacción
de ciclación:
a) El grupo aldehído o cetona
en una cadena lineal abierta de un monosacárido reaccionará reversiblemente con
el grupo hidroxilo sobre un átomo de carbono diferente en la misma molécula
para formar un hemiacetal o hemicetal, formando un
anillo heterocíclico, con un puente de oxígeno entre los dos átomos de
carbono. Los anillos con cinco y seis átomos son llamados formas furanosa y piranosa respectivamente y existen en
equilibrio con la cadena lineal abierta.
Durante la conversión de la
forma lineal abierta a la forma cíclica, el átomo de carbono conteniendo el
oxígeno carbonilo, llamado el carbono anomérico, se transforma en un centro quiral con dos posibles
configuraciones: el átomo de oxígeno puede tomar una posición arriba o abajo
del plano del anillo. El par de estereoisómeros resultantes son llamados anómeros. En el α-anómero, el -OH sustituyente sobre el carbono
anomérico se encuentra en el lado opuesto del anillo (posición trans) a la
cadena CH2OH. La forma alternativa, en la cual el sustituyente CH2OH
y el grupo hidroxilo sobre el carbono anomérico están en el mismo lado
(posición cis) del plano del anillo, es llamado β-anómero. Como el anillo y la
forma abierta se interconvierten, ambos anómeros existen en equilibrio.
b) Ciclación de los monosacáridos
Por ataque nucleofílica de los electrones del
oxígeno hidroxílico, sobre el carbono carbonílico, las aldosas o cetosas, de
cuatro, cinco y seis átomos de carbono formas estrucrtura cíclicas hemiacetálicas.
Las aldopentosas se
convierten en formas hemiacetálicas cíclicas, por reacción entre su grupo
carbonilo y los hidroxilos situados en los C4 y en C5. De esto resultan anillos
de 5 y seis miembros. Lo mismo ocurre con las aldohexosas, aunque estas forman
peferentemente ciclos o anilos de seis miembros
Muy importante es tener en
cuenta que el grupo carbonilo es plano, puede recibir el ataque nucleofílico
del hidroxilo por cualquiera de sus dos caras, el carbono carbonílico se
convirtió en un estereocentro tetraédrico, la ciclación ha generado dos nuevos diasteroisómeros
que se denominan anómeros, son los anómeros α y β y el nuevo
estereocentro se llama el carbono anomιrico.
En solución acuosa, la forma abierta de la
D-ribosa, permanece en equilibrio con cuatro formas cíclicas:
Reacción del –OH del C4 con el C=O Dos
anillos de cinco miembros.
Reacción del –OH del C5 con el C=O Dos
anillos de seis miembros.
Un monosacárido formando anillos de cinco
miembros, se dice que es una furanosa, si es de seis miembros se dice que es
una piranosa. Las denominaciones provienen de los heterociclos furano y pirano.
Furano Pirano
Representación de lo que ocurre en solución
acuosa de la D-ribosa, utilizando las fórmulas de Fischer-Tollens, en los que
se alargan los enlaces del átomo de oxígeno.
Anómero β Anómero α Trazas Anómero α Anómero
β
18% 6% 20% 56%
Anillos de cinco miembros Anillos de seis
miembros
(furanósicos) (piranósicos)
En estas estructuras, el anómero α, se representa con el hidroxilo del carbono
1, carbono anoméroco, a la derecha y en el anómero β a la izquierda.
En la glucosa, las ciclaciones importantes
son las que forman anillos de seis miembros, formas piranósicas, dos anómeros
el α y el β que se forman por ataque nucleofνlico del –OH del C5 sobre el
carbonilo.
Aunque las fórmulas de Fischer son útiles
para representar estructuras abiertas y hemos visto ya las denominadas fórmulas
de Fischer-Tollens, son más próximas a la realidad y mejores para discutir estructuras
cíclicas, las fórmulas perspectivas de Haworth.
v Diagrama resumen
de reacciones
v Importancia de:
a. a) Polisacáridos: Son
polímeros naturales, macromoléculas, formadas por monosacáridos, cientos de
unidades enlazadas y a veces están constituidas por miles de unidades. Dos
ejemplos típicos de polisacáridos son el almidón y la celulosa.
Son importantes en la alimentación de la mayoría
de las especies de Seres Vivos que
habita el planeta, incorporándose a través de la ingesta de una gran variedad
de alimentos y poniendo en marcha el proceso de Metabolización.
Son incorporados al Sistema Digestivo que automáticamente comienza a poner en marcha un proceso conocido como Metabolización donde se pasa de una
sustancia compleja hacia las unidades de ello, teniendo por un lado a los Disacáridos y posteriormente siendo
desdoblados en lo que son los Monosacáridos, que pueden ser
aprovechados directamente en la digestión.
Su rol fundamental en el
organismo está ligado a la Obtención de Energía, pudiendo ser utilizados en
forma instantánea para la alimentación de las células, como también otros que
son Polisacáridos de Reserva que se acumulan en distintas partes del cuerpo y que el organismo requiere
cuando no se cuenta con sustancias para obtener energía o simplemente se tiene
una exigencia mayor.
-
Almidón:
Se encuentra en forma en
forma de pequeños granos en muchas partes, u órganos constituyentes de las
plantas, especialmente en semillas y tejidos vegetales embrionarios, en tubérculos de papa, semillas de arroz, maíz o
trigo. Ellos sirven de nutrientes para el proceso germinativo y en general para
el desarrollo de las plantas.
Como primera aproximación,
se puede decir que el almidón está constituido por unidades de D(+)-glucosa
enlazadas α-1,4´. Nuestras enzimas hidrolizan los almidones hasta sus unidades
constituyentes de glucosa, la cual, como ya hemos expresado, sirve a nuestro
organismo de nutriente y es utilizada para diferentes transformaciones
metabólicas.
-
Celulosa:
La celulosa es el polisacárido más abundante en
la naturaleza, es el tejido de sostén de las plantas,
formando aproximadamente la mitad de las paredes o membranas de las células vegetales. Pero la celulosa, no está sola, está
asociada con las hemicelulas y la lignina. La celulosa está formada por
unidades de D(+)-glucosa, los enlaces en el polisacáridos son β 1,4´: este tipo
de enlace los carnívoros no pueden romperlo y por tanto no pueden utilizar la
glucosa como nutriente.
b) Disacáridos:
Los disacáridos más comunes son:
· Sacarosa: formada por la unión de una glucosa y una fructosa. A la sacarosa se le llama también azúcar común. No
tiene poder reductor. azúcar de caña
y remolacha: Es el azúcar que
se obtiene industrialmente y se comercializa en el mercado como edulcorante habitual.
Además, se halla muy bien representada en la naturaleza en frutos, semillas,
néctar, etc. No posee carácter reductor debido a que los carbonos anoméricos
están unidos entre sí.
· Lactosa: formada por la unión de una
glucosa y una galactosa. Es el azúcar de la leche. Tiene poder reductor .
· Maltosa, isomaltosa, trehalosa y celobiosa: formadas todas por la unión de dos glucosas, son
diferentes dependiendo de la unión entre las glucosas. Todas ellas tienen poder
reductor, salvo la trehalosa. Se encuentra libre de
forma natural en la malta, de donde recibe el nombre y forma parte de varios
polisacáridos de reserva (almidón y glucógeno), de los que se obtiene por
hidrólisis. La malta se extrae de los granos de cereal, ricos en almidón,
germinados. Se usa para fabricar cerveza, whisky y otras bebidas. La molécula
tiene características reductoras.
CIBERGRAFIA
BIBLIOGRAFIA
· - Fessenden Ralf j., Fessenden Joan. S, Organic
Marshall W. Logue. An International Thomson Publishing. Company, 1998.
·
- Mc. Murry John. Organuc chemistry JTP. An
International Thomson Publisking Compary 1984.
- Solomons, G.
Fundamentals of Organic Chemistry, Cuarta Edición, University of South Florida 1997
