Glúcidos: Estructura, funciones y clasificación

Glúcidos

• Las biomoléculas se definen por tener un grupo funcional aldehído o cetona y varios grupos hidróxido.
• Son polihidroxialcoholes o polihidroxicetonas.
• Su fórmula básica es CH2O)n, donde n es mayor o igual a 3.
• También se conocen como carbohidratos o hidratos de carbono.
• Algunos contienen sulfato, fosfato, nitrógeno y pueden combinarse con lípidos (glucolípidos) o proteínas (glucoproteínas).
• Los glúcidos son fuentes y almacenamiento de energía.
• Constituyen elementos estructurales en membranas y matrices extracelulares.
• Contribuyen al reconocimiento y adhesión célula-célula como moléculas señal.
• Se clasifican por el número de carbonos que tienen.
• Hay monosacáridos (unidad básica), disacáridos (dos monosacáridos), oligosacáridos (hasta 10 monosacáridos) y polisacáridos (muchas unidades).
• Otra clasificación es según el grupo funcional: aldosas (grupo aldehído) y cetosas (grupo cetona).
• Las triosas son los monosacáridos más simples, formados por tres átomos de carbono.
• El gliceraldehído es una aldotriosa (grupo aldehído).
• La dihidroxiacetona es una cetotriosa (grupo cetona).
• Los monosacáridos pueden tener de 3 a 7 átomos de carbono.
• La ribosa es una pentosa (5 carbonos) con un grupo aldehído.
• La 2-desoxirribosa es una pentosa donde se perdió el grupo OH.
• La glucosa (aldosa) es esencial en nutrición y metabolismo.
• La fructosa (cetosa) participa en el metabolismo celular y estructuras como proteínas y membranas.
• La mayoría de los carbohidratos presentan isomeria óptica debido a la presencia de al menos un grupo quiral asimétrico.
• Las moléculas quirales pueden adoptar dos posiciones en el espacio que son imágenes especulares.
• Estas formas estructurales diferentes pueden tener diferentes propiedades, como el desvío de la luz polarizada.
• El D-gliceraldehído es la molécula más pequeña con isomeria óptica.
• En la proyección de Fisher el grupo CO está arriba, el grupo CH2OH abajo.
• Si el grupo OH está a la derecha, es D-gliceraldehído; si está a la izquierda, es L-gliceraldehído.
• Para monosacáridos con más de 3 carbonos, la posición del grupo hidroxilo en los carbonos quirales determina los esteroisómeros.
• Un monosacárido con "n" centros asimétricos tiene 2^n esteroisómeros.
• Por ejemplo, la glucosa tiene 4 átomos de carbono asimétricos, por lo que tiene 16 esteroisómeros.
• Para determinar si una molécula es D o L, se compara el átomo de carbono más alejado del grupo aldehído o cetona con el gliceraldehído.
• La mayor parte de los azúcares en la naturaleza son de la serie D.
• Los monosacáridos forman estructuras cíclicas cuando los grupos aldehídos o cetonas de aldosas o cetosas de 5 o 6 carbonos reaccionan para formar anillos.
• Los anillos de cinco miembros se llaman furanos y los de seis miembros, piranos.
• El carbono 1 forma un enlace hemiacetal generando una estructura cíclica parecida a la del pirano.
• La fructosa (cetosa) forma un enlace con el carbono 5 creando una estructura similar al furano.
• La proyección de Haworth muestra la parte más gruesa del anillo hacia abajo.
• Los grupos OH hacia arriba o abajo del plano del anillo se representan correspondientemente.
• La reacción de ciclación genera un nuevo carbono anomérico (carbono 1) resultando en dos posibles estereisómeros.
• Si el grupo OH está hacia abajo del plano del anillo, es el anómero alfa; si está hacia arriba, es el anómero beta.
• Los monosacáridos son azúcares reductores ya que pueden ser oxidados en su carbono anomérico por agentes como el ión férrico o el ión cúprico.
• Durante la oxidación se genera un grupo carboxílico.
• Los azúcares reductores deben tener el carbono anomérico libre (sin enlace) para ser oxidados.
• La glucosa, al oxidarse, se convierte en D-gluconato.
• Existen derivados de monosacáridos importantes biológicamente, como los azúcares fosfatos (glucosa 6-fosfato), intermedio en el metabolismo de la glucosa.
• Los azúcares reducidos (desoxirribosa), azúcares oxidados y aminoazúcares también son importantes.
• Los aminoazúcares forman parte de polisacáridos estructurales en matrices extracelulares.
• Los disacáridos están formados por dos unidades de monosacáridos unidos por un enlace covalente O-glucosídico.
• La lactosa (galactosa y glucosa) es un componente importante de la leche y es un azúcar reductor.
• La sacarosa (glucosa y fructosa) es el azúcar de mesa y no es reductor.
• La trehalosa (glucosa y glucosa) está presente en setas y hemolinfa, y no es reductor.
• El enlace O-glucosídico se forma entre un carbono anomérico y el grupo OH de otro monosacárido, formando un enlace acetal covalente.
• La formación de maltosa (dos unidades de glucosa) se da entre el carbono 1 y carbono 4, y se denota como enlace 1-4.
• Los oligosacáridos contienen hasta diez unidades, los polisacáridos cientos.
• Los polisacáridos se clasifican en homopolisacáridos (un solo tipo de monosacárido) y heteropolisacáridos (unidades de azúcares diferentes).
• Ambos pueden tener cadenas ramificadas o lineales, con puntos de ramificación en las cadenas.
• Los heteropolisacáridos están formados por dos o tres unidades de monosacáridos que se repiten.

Homopolisacáridos lineales

• La amilosa está formada por moléculas de glucosa unidas por enlaces glucosídicos alfa 1-4.
• Es un polímero lineal con un extremo no reductor y un extremo reductor (carbono anomérico libre).
• Es de origen vegetal y puede tener de 200 a 2500 monómeros de glucosa.
• La amilosa representa el 25% de los almidones.
• La amilopectina está formada por cadenas lineales de amilosa con ramificaciones.
• Los puntos de ramificación se forman cuando una unidad de glucosa establece un enlace glucosídico entre el carbono 6 y el carbono 1 de otra molécula de glucosa.
• El almidón está formado por amilosa y amilopectina y es el polisacárido de reserva de las células vegetales.
• El glucógeno es el polisacárido de reserva de los animales.
• Es un homopolisacárido de glucosa con enlaces glucosídicos alfa 1-4 y ramificaciones alfa 1-6.
• Es más compacto y ramificado que la amilopectina.
• Es abundante en el hígado como reserva para mantener la glucosa plasmática durante la noche.
• Se deposita en gránulos para limitar el aumento de la osmolaridad celular.
• El almacenamiento de glucosa como glucógeno evita que la célula estalle por la entrada de agua.
• La celulosa es un polisacárido estructural vegetal formado por unidades de glucosa unidas por enlace glucosídico beta 1-4, en vez de alfa 1-4
• El enlace beta hace que adopte una forma extendida en lugar de helicoidal.
• Las formas extendidas forman enlaces con otras cadenas extendidas formando fibras insolubles en agua que dan resistencia.
• Las amilasas humanas no pueden degradar la celulosa porque son específicas para enlaces alfa 1-4.
• La celulosa no puede ser absorbida, pero es importante como fibra en la dieta.
• La quitina es un polisacárido estructural lineal formado por residuos de N-acetilglucosamina unidos por enlaces beta 1-4.
• Forma una estructura rígida que constituye el exoesqueleto de los insectos.

Proteoglicanos y Glicoproteinas

• Los proteoglicanos son estructuras unidas a proteínas de la membrana celular que contienen heparán sulfato y condroitín sulfato.
• Son abundantes en las matrices extracelulares y superficies de membranas celulares.
• Brindan protección y resistencia, actuando como moléculas señal.
• Los proteoglicanos también forman parte de la matriz extracelular.
• Las glicoproteínas son proteínas unidas a azúcares (cadenas de glucosa).
• Interaccionan con el celular, que también está formado por proteoglicanos (ácido hialurónico, sindecanos, leptina).
• Forman un gel que protege a las células.
• Las glicoproteínas unidas a proteínas ancladas a la membrana tienen roles de señalización y reconocimiento entre células.
• Las lectinas son proteínas que reconocen polisacáridos específicos.
• Por ejemplo, las integrinas reclutan células inmunes al lugar de la infección.

Lípidos

• Son químicamente diversos, poco solubles en agua.
• Son componentes de membranas celulares.
• Sirven para el almacenamiento de energía.
• Sirven para el anclaje de proteínas a membranas.
• Constituyen moléculas señalizadoras.
• La unidad más simple son los ácidos grasos, derivados hidrocarbonados de 4-36 carbonos con un grupo carboxilo polar y una cadena hidrocarbonada larga.
• La mayoría tiene un número par de átomos de carbono (16-20).
• La cadena hidrocarbonada es lineal.
• Hay dos tipos: saturados (enlaces simples) e insaturados (uno o más enlaces dobles).
• Los enlaces dobles generalmente están en configuración cis.
• Los ácidos grasos saturados tienen enlaces simples entre los carbonos y forman una estructura lineal.
• Los ácidos grasos insaturados tienen uno o más dobles enlaces que imponen una configuración rígida y un quiebre.
• Los átomos que forman parte del doble enlace no pueden girar libremente, resultando en configuraciones cis o trans.
• La mayor parte de los ácidos grasos naturales son de la serie cis.
• Los ácidos grasos se nombran según el número de átomos de carbono y el número de dobles enlaces.
• Ejemplo: 18:0 (ácido esteárico) tiene 18 carbonos y 0 dobles enlaces.
• El ácido oleico (18:1 delta 9) tiene 18 carbonos y un doble enlace entre los carbonos 9 y 10.
• Los ácidos grasos poliinsaturados tienen más de un doble enlace.
• El ácido linoleico es un ácido graso esencial, ya que no puede ser sintetizado por el organismo.
• El enlace cis impone un quiebre que evita el empaquetamiento compacto.
• El empaquetamiento afecta la fluidez de las membranas.
• Los ácidos grasos saturados se asocian formando estructuras sólidas, mientras que los insaturados son líquidos a temperatura ambiente (aceites).
• El punto de fusión de los ácidos grasos depende de si tienen o no dobles enlaces.
• Más átomos de carbono y saturación aumentan el punto de fusión (más energía para separar las moléculas).
• Más dobles enlaces disminuyen el punto de fusión (menos interacción, menos energía para separar).
• En general, las grasas tienen una mayor proporción de ácidos grasos saturados, y los aceites, de insaturados.
• Los ácidos grasos raramente se encuentran libres y forman parte de lípidos más complejos.
• Los ácidos grasos libres se utilizan para obtener energía.
• Tipos de lípidos derivados de ácidos grasos: triglicéridos, fosfolípidos, glicol hipidos.
• Los triglicéridos (triacilgliceroles) son una reserva de energía metabólica almacenada en el tejido adiposo.
• Están formados por una molécula de glicerol esterificada con tres cadenas de ácidos grasos.
• Los ácidos grasos esterificados pueden ser diferentes.
• Los triglicéridos liberan ácidos grasos libres en respuesta a señales de alerta y ayuno.
• Los triacilgliceroles son utilizados por diferentes tejidos para obtener energía.
• En cachalotes y ballenas, el espermaceti contiene una mezcla de triglicéridos y ceras con ácidos grasos insaturados, ajustando la densidad para flotar en la profundidad.
• Los fosfoglicéridos están formados por glicerol, dos cadenas de ácidos grasos, un grupo fosfato y una molécula polar.
• Las moléculas de este tipo son anfifáticas, con una parte polar y una no polar.
• El grupo fosfato puede esterificarse con diferentes moléculas, dando diferentes fosfogliceridos tales como fosfatidilcolina, fosfatidilserina, cardiolipina.
• Los fosfogliceridos son componentes de las membranas celulares.
• La fosfatidilserina se encuentra hacia el lado interno pero se externaliza en la muerte celular.
• Los esfingolípidos son componentes estructurales de las membranas y contienen esfingosina en lugar de glicerol.
• La esfingosina está unida a un ácido graso de cadena larga y a un grupo polar.
• En la esfingomielina, por ejemplo, el grupo polar es fosfocolina.
• Los glucolípidos tienen un grupo glucido unido.
• Están presentes en la membrana de las neuronas.
• Los esteroides derivan del colesterol en células humanas, plantas y otros organismos.
• Son componentes de las membranas biológicas.
• Son precursores de hormonas esteroideas, ácidos biliares y vitamina D.
• El colesterol está formado por un núcleo esteroideo y una cola hidrocarbonada, pero no contiene ácidos grasos.
• Tiene un grupo OH polar.
• La vitamina D3 (colecalciferol) se sintetiza por acción de la luz ultravioleta a partir del 7-dehidrocolesterol.
• La vitamina D regula el metabolismo del calcio.
• La falta de vitamina D se asocia con el raquitismo.
• Los lípidos antipáticos forman micelas y bicapas en solución acuosa debido a su estructura polar y no polar.
• Los ácidos grasos con una sola cola no polar forman micelas.
• Los lípidos con dos colas no polares (fosfogliceridos, esfingolípidos) forman bicapas.
• Las membranas biológicas están formadas por una bicapa lipídica de fosfolípidos y esfingolípidos.
• También contienen colesterol.
• La fluidez de la membrana depende del tipo de lípidos que la forman.
• El colesterol afecta la fluidez de la membrana.
• El alto contenido de ácidos grasos insaturados también aumenta la fluidez.
• Las membranas celulares tienen proteínas ancladas/asociadas, glicoproteínas y glicolípidos.
• El colesterol influye en la fluidez de la membrana celular.
• El colesterol se transporta en lipoproteínas (HDL y LDL).
• Las LDL se asocian con un mayor riesgo de enfermedades cardiovasculares.
• Las LDL son ricas en colesterol y lo transportan a los tejidos.
• Las HDL hacen el transporte reverso, transportando el colesterol desde los tejidos al hígado.

Grasas trans

• La mayoría de los ácidos grasos naturales están en configuración cis.
• Las grasas trans artificiales se obtienen por hidrogenación catalítica de aceites de semillas.
• La hidrogenación catalítica reduce o elimina los dobles enlaces en los ácidos grasos de los aceites de semillas.
• Durante la hidrogenación, los dobles enlaces cis se pueden convertir en trans..
• Las grasas trans aumentan la vida útil de los productos, potencian el sabor, mejoran la textura y abaratan costos.
• Se encuentran en snacks, productos precocidos, alimentos fritos, productos horneados y margarina.
• La OMS recomienda que el consumo de grasas trans sea menor al 1% de las calorías diarias.
• Las grasas trans tienen efectos nocivos en la salud, aumentando el colesterol LDL y disminuyendo el HDL.
• Se han relacionado con un aumento del riesgo de diabetes tipo 2 y enfermedades cardiovasculares.
• Aumentar el consumo de grasas trans aumenta el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares como infartos.