Sección I: Materiales y Funciones de la Célula PDF

SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula célula Proteína Figura 1‑18. Nivel Niveles...

SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula célula Proteína Figura 1‑18. Nivel Niveles es de or orgganización cel elular ular.. En est estee ejempl ejemploo el primer nivel es está tá compues ompuestto por los monómer monómeros os (aminoácidos y nucl nucleeóti óti-- dos), que mediante enlaces de condensación forman proteínas y ácidos nucleicos, que interaccionan para formar el ribosoma, tercer nivel de organización. EL CONTEXTO CELULAR Los niveles de organización molecular de la célula permiten observar que, en el primer nivel o nivel molecular, los componentes celulares son los monómeros o sillares con los que se va a construir la célula. Estos monómeros se asociarán en polímeros mediante reacciones de condensación, para dar el segundo nivel o nivel macromolecular (F Fig. 1‑1 1‑188). La as asoc ocia iaci ción ón ent entrre di dife ferrente tess macr macroomol oléc écu u- las formará las estructuras o complejos supramoleculares del tercer nivel, sobre todo mediante interacciones débiles. Y el último nivel en la jerarquía será el nivel celular o los orgánulos celulares que delimitan los espacios donde van a tener lugar las diferentes reacciones. La célula será, por lo tanto, el continente. En una célula eucariota los compar-- timentos celulares están claramente diferenciados y sus funciones bien especiali-- zadas, por lo que no todas las reacciones químicas van a transcurrir en cualquier lugar de la célula. Esta especialización en orgánulos se puede llevar a cabo de forma muy eficiente porque cada orgánulo está delimitado por una membrana celular cuyas características químicas permiten una disposición en forma de bicapa lipídica, lo que separa dos medios hidrofílicos. En el capítulo 10 se da una visión esquemática de las funciones de cada orgánulo y los procesos que se llevan a cabo. Por último, un organismo multicelular necesita una observación a un nivel superior al celular, y este nivel proporciona una visión orgánica sobre cómo transcurren las reacciones bioquímicas en el organismo completo. Aunque los procesos bioquímicos que tienen lugar en la célula son, en muchos casos, idén-- ticos en células de diferentes especies, y a lo largo del libro se ha tratado de buscar aquellos puntos que unifican el metabolismo de las células eucariotas, en determinados procesos es necesario prestar atención al sistema u órgano en el que transcurre dicho proceso, pues la especialización orgánica es un punto fundamen- tal para comprender el funcionamiento metabólico del organismo. Por ejemplo, los procesos de síntesis de lípidos no se van a llevar a cabo en cualquier célula, sino que el hígado será un órgano primordial que tendrá las enzimas necesarias para llevar a cabo la síntesis de gran cantidad de estas biomoléculas. Aunque la especialización de los diferentes órganos trasciende al contenido de este libro, se remarcarán aquellos procesos metabólicos que se produzcan en un determinado lugar en la célula. 22  Las bases de la bioquímica 1 R E S U M E N D E C O N C E P TO S C L AV E Cada el element ementoo químico químico está formado formado por un tipo de átomo Exist Existen en sust sustancias que pueden comport comportar arse se como como ácidos y que se diferencia en el número de protones presentes en el como bases, y se denominan sustancias anfóteras. núcleo. Los grupos ácidos o básic básicos os van a adopt adoptar ar una car arga ga nega- Los el electr ectrones ones se loc ocalizan alizan en orbit orbital ales es atómic atómicos, os, que son tiva o positiva dependiendo del pH de la solución. El pH de las zonas que rodean al núcleo donde existe la máxima pro- una disolución es la medida de la concentración de los pro- babilidad de encontrar estos electrones. tones. Un el element ementoo es más es esttabl able e cuant cuanto o más se apr apro oxima a una Los tampones tampones son sis sisttemas acuosos que tienden a amorti- configuración electrónica en que sus orbitales estén com-- guar los cambios que se producen en el pH cuando se aña- pletos. den pequeñas cantidades de ácido (H+) o de base (OH–). La unión entre entre los los átomos se est establ ablec ece e a trav través és de enlaces enlaces La gr gran an may mayor oría ía de las rea eaccci ciones ones que tiene tienenn luga lugarr en la químicos. célula son reacciones reversibles y, por lo tanto, tienden a alcanzar el equilibrio químico. La val alencia encia de un det determinado erminado el element emento o químico químico se puede definir como su capacidad de combinación, y su número En el equilibrio la relación de las conc oncentr entraciones aciones de pr produc oduc-- indica el número de enlaces con que el elemento interviene tos y reactivos es constante (K Keq ) pero esto no quiere decir en el compuesto. que dichas concentraciones sean iguales. La el electr ectronegatividad onegatividad es la tendencia que tienen los át átomos omos La pr presencia esencia de grupos funcional funcionales es en las biomoléculas a captar electrones para completar su última capa. proporciona sitios reactivos donde dichas moléculas van a unirse a otras o a reaccionar y transformarse. En los en enla lacces ióni niccos los elec ectr tron ones es se transf sfiier eren en de un átomo con pocos electrones en su última capa (metal) a otro Las reac eacciones ciones de condensación son un tipo de reac eacción ción quí- átomo con la última capa casi completa (no metal). mica que va a tener un papel fundamental en la formación de macromoléculas. El enlace enlace coval alent ente e es el más común común en las moléculas bio- lógicas; los electrones de las últimas capas de valencia son La may mayoría oría de las reac eacciones ciones que tiene lugar durant durantee el compartidos por los átomos que forman el enlace. metabolismo son reacciones de oxidación-reducción, que implican transferencia de electrones. Se pr produc oducee un dipol dipoloo cuando un par de car argas gas eléctric eléctricas as de la misma magnitud pero opuestas están separadas por El primer niv nivel el de or organizació ganizaciónn mol moleecul cular ar de la célu élula la lo cierta distancia (generalmente pequeña). constituyen los monómeros, que se asocian en polímeros en un segundo nivel macromolecular mediante reacciones Los grupos funcional funcionales es son las dif difer erent entes es asociaciones entr entre e de condensación. átomos que proporcionan características funcionales a las moléculas. La asociación entr entree dif difer erent entes es macr macromoléculas omoléculas formará las estructuras o complejos supramoleculares del tercer nivel, Todo proc proceso eso biológico biológico se produc produce e gracias gracias a las inter interac accio- cio- sobre todo mediante interacciones débiles, y el último nivel nes débiles establecidas entre moléculas. en la jerarquía será el nivel celular o los orgánulos celula- La natural naturaleza eza químic química a de la molécula de agua pr present esenta a la res que delimitan los espacios donde van a tener lugar las característica de comportarse como un dipolo. diferentes reacciones. 23  SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula célula HERRAMIENTAS DE APRENDIZAJE EJERCICIOS 1‑1. A partir de la siguiente molécula, indic indicar ar los grupos funcional funcionales: es:                      SOLUCIÓN hidroxilo                      fosfodiéster amina protonada Más ejercicios AUTOEVALUACIÓN 1‑1. ¿Cuál de los siguientes grupos funcional funcionale es es está tá or ordenado denado 1‑2. Una reac eacción ción de condensación entr entre e un grupo carbo arboxil xilo oy de más oxidados a más reducidos? un hidroxilo es un enlace: a Hidr Hidro oxil xilo-c o-carbonil arbonilo-metil o-metilo-c o-carbo arboxil xilo. o. a Amina. b Carbo Carboxil xilo-c o-carbonil arbonilo-hidr o-hidro oxil xilo-metil o-metilo. o. b Amida. c Carbonil Carbonilo-c o-carbo arboxil xilo-hidr o-hidro oxil xilo-metil o-metilo. o. c Fosf osfoés oéstter er.. d Metil Metilo-hidr o-hidrooxil xilo-c o-carbonil arbonilo-c o-carbo arboxil xilo. o. d És Éstter er.. Más preguntas MÁS HERRAMIENTAS ACTIVIDADES u VÍDEOS FAQ FA Qs 24 Hidratos de carbono 2 CON TE N I DO S OBJETIVOS DE APRENDI ZA JE Introduc Introducción ción Diferenciar y clasific Dife clasificar ar los hidr hidrat atos os de carbono según su compo omposición sición y Monosacáridos Monosacáridos función en la célula. Oligosacáridos Oligosacáridos Comprender su natur Comprender natural aleza eza químic química, a, nombr nombrar ar sus grupos funcional funcionales es y sus Polisac olisacáridos áridos características químicas. Glucoc Glucoconjugados onjugados Reconoc Reconocer er la importancia importancia de la isomería en las moléculas biológicas. biológicas. Compr Co mpre ende nderr cómo se es esttabl ablec eceen las union uniones es entr entre e mono monosac sacá árid ridos os par paraa formar los polímeros, así como con otras biomoléculas. Identificar Identificar las funciones biológic biológicas as principales principales que pr presentan esentan los los hidr hidrat atos os de carbono. Conoce Conocer los princip principal ale es po polisac lisacáridos, áridos, su natur natural aleza eza químic química a y sus funciones. S e ha elegido elegido proseguir proseguir esta esta sección sección del libro libro dedicada a los materiales o biomoléculas que constituyen los seres vivos con los hidratos de carbono, ya que desde el punto de vista químico son compuestos sencillos, lo que facilitará la comprensión de su estructura y sirve, además, para fijar los fundamentos químicos aprendidos en el capítulo 1. A lo largo del presente capítulo se destaca la importancia de la estructura química de los diferentes hidratos de carbono presentes en los seres vivos para determinar su función biológica, bien energética, estructural o portadora de información. Puesto que son moléculas con actividad óptica, se van a introducir los principios de la isomería, tan importantes en las moléculas biológicas, tal y como se comentará en los capítulos 6, 7 y 8, dedicados a aminoácidos, proteínas y enzimas. Desde el punto de vista biológico, la glucosa –el hidrato de carbono más abundante en la naturaleza– va a tener un papel central en el metabolismo celular, como se describirá en los capítulos 10, 11 y 12, dedicados al metabolismo, al ser el principal componente del ciclo de carbono de la biosfera. Ilustración: Estructura química de la sacarosa. 25  SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula RECUADRO 2‑1. Etimología INTRODUCCIÓN El nombre de los hidratos de carbono es Los hidratos de carbono o sacáridos son moléculas biológicas simples en cuanto muy variado, de acuerdo con las diferen‑ tes raíces empleadas: a su composición química, sin embargo desempeñan funciones vitales funda‑‑ Hidratos de carbono o carbohidratos: mentales. La denominación de hidratos de carbono se debe a que la mayoría debido a que responden a la fórmula de ellos responde a la fórmula estequiométrica (CH2O)n, si bien algunos pue‑ pue‑ estequiométrica (CH 2O) n, y anti antigua gua‑‑ den estar modificados conteniendo otros grupos como fosfato, sulfato o amino mente se creía que eran tan sólo car‑‑ bonos hidratados. (Recuadro 2‑1). Sacáridos: del griego sakcharon sakcharon,, azúcar. Las unidades monoméricas de los hidratos de carbono son los monosacári monosacári‑‑ Glúcidos: derivados de la glucosa, prin‑ dos;; la unió uniónn de dosdos mono monosac sacár árid idos os form formaa los disacáridos. CuaCuando ndo sese unen unen cipal monosacárido. pocas unidades monosacáridas se denominan ol olig igosa osacá cári dos (de ridos dell grieg griegoo oligo oligo,, Prefijos o sufijos: poco), y poli olisa sacár cárid os cu idos cuan ando do se se unen unen much muchosos mon monómeómeroross (del (del grie griego go poli poli,, Osas: sufijo que se utiliza para designar mucho). a los sacáridos. Los hidratos de carbono desempeñan funciones muy variadas en los seres Gluco: prefijo utilizado para indicar una característica relacionada con los azú‑‑ vivos y tienen un papel central en el ciclo energético de la biosfera. Mediante la cares; por contaminación del inglés fotosíntesis, las plantas captan el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfeatmósfera ra y se se (glyco glyco)) ocasionalmente se emplea glico glico.. fija en los hidratos de carbono. Éstos se almacenarán en las plantas en forma de polisacáridos (almidón), que serán la fuente de carbono para los animales. Me‑‑ diante la respiración, tanto las plantas como los animales oxidarán estos hidra‑‑ tos de carbono para obtener energía y devolverán a la atmósfera el CO2. Sin embargo, ésta no es la única función de los hidratos de carbono, puesto que también tienen un importante papel en la formación de estructuras que prote‑‑ C O N C E P TO S C L AV E gen a las células, como la celulosa de las células vegetales, los polisacáridos de las paredes bacter acterianas ianas y los exoesqueletos de los artrópodos. Una tercera función Las funciones de los hidratos no menos importante es la que desempeñan los sacáridos unidos a proteínas o de carbono son muy diversas: lípidos de la superficie celular, siendo unos de los actores principales en la co‑‑ almacenamiento y obtención de municación celular. energía (almidón, glucógeno); for‑ mación de estructuras (celulosa, peptidoglucano y quitina); comu‑‑ MONOSACÁRIDOS nicación celular (glucoproteínas y glucolípidos de las membranas Los monosacáridos se clasifican celulares). según sus características químicas Los monosacáridos son los azúcares más simples, las unidades monoméricas de todos los hidratos de carbono. Se sintetizan a partir de precursores que se obtie‑ nen del CO2 y el H2O por medio de la fotosíntesis. Los organismos heterótrofos (como los animales) obtienen los monosacáridos de los nutrientes. En los capí‑ Tabla 2‑1. Nomenclatura de los tulo 11 y 12 se detallarán todas las vías metabólicas implicadas en ambos proce‑ monosacáridos sos de síntesis y degradación de los monosacáridos. Función Número de Monosacárido La principal característica de los monosacáridos es que responden a la fór‑ carbonilo carbonos mula (CH2O)n, encontrándose n en un rango de 3 a 7. Químicamente los mo‑ 3 Aldotriosas nosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Su clasificación se basa atendiendo al grupo carbonilo (C  O), es decir, si este grupo es un aldehí‑ 4 Aldotetrosas do (aldosas) o bien una cetona (cetosas), así como al número de átomos de car‑ Aldehído bonos. De esta forma, los monosacáridos más pequeños se denominan triosastriosas,, y 5 Aldopentosas (aldosas) se indica si se trata de un aldehído o una cetona con el prefijo correspondiente 6 Aldohexosas (Tabla 2‑1). En las figuras 2‑1 y 2‑2 aparecen representadas las series de d‑al‑ Tabla 2‑1). 7 Aldoheptosas dosas y d‑cetosas, respectivamente. Existen muchos monosacáridos de importancia biológica, pero sin duda la 3 Cetotriosas glucosa es el más importante; es el más abundante en la naturaleza, y el que 4 Cetotetrosas juega un papel central en el metabolismo celular, además de ser el monosacárido Cetona principal en la mayoría de los polisacáridos. Otras aldohexosas importantes son 5 Cetopentosas (cetosas) la galactosa y la la manosa manosa.. Entre las cetohexosas la más abundante en la naturale‑ 6 Cetohexosas za es la fructosa. También dentro de las aldopentosas se encuentran moléculas de enorme interés biológico, como la ribosa, por formar parte de importantes 7 Cetoheptosas nucleótidos (como el ATP) y de los ácidos ribonucleicos. 26  Hidratos de carbono 2 Figura 2‑1. Familia de las d‑aldosas. A medida de que se adiciona un carbono por debajo del grupo carbonilo en la serie d‑aldosa (triosas, tetrosas, etc.), se generan dos nuevos diasteroisómeros. Se marcan en rojo los carbonos asimétricos y se recuadran los monosacáridos más comunes en los sistemas biológicos. No se representa la configuración l, que sería la imagen especular de las formas d. Se señala en azul el grupo OH que marca la configuración d. Los monosacáridos presentan isomería Si se atiende a la fórmula química de las triosas, (CH2O)3, se observa que es válida VÍDEO 2-1 u tanto para las aldotriosas como para las cetotriosas. Sin embargo, la posición del ¿Cómo se clasifican los monosacáridos? grupo carbonilo cambia del carbono 1 en la aldotriosa (gliceraldehído) al carbono 2 en las cetotriosa (dihidroxiacetona). Ambas moléculas son, por lo tanto, isóme isóme‑‑ ros estructurales (Recuadro 2‑2), 2‑2), porque tienen la misma fórmula química pero se diferencian en la localización de sus átomos y grupos funcionales (Fig. 2‑3). Una característica fundamental de los monosacáridos (a excepción de la dihi‑ droxiacetona) es que presentan esteroisomería, debido a la presencia de carbonos C O N C E P TO S C L AV E asimétricos, es decir, son moléculas quirales (quiral: del griego quiros quiros,, mano). Los enantiómeros son molécu‑ Este término se emplea para moléculas que son imágenes especulares no super‑‑ las cuya imagen especular no es ponibles, como ocurre con nuestra manos. Al mirar el gliceraldehído, se puede superponible. En la naturaleza sólo observar que el carbono situado en posición 2 (C‑2) es un carbon arbono o asimétri co,, asimétrico un enantiómero es biológicamente también denominado centro quiral, es decir, aquél que tiene cuatro sustituyentes activo. diferentes; por lo tanto, el gliceraldehído tiene dos posibles isómeros ópticos del 27  SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula célula RECUADRO 2‑2. Isomería Isómero:: el término isómero deriva de las palabras griegas iso y Isómeros ópticos o esteroisómeros: presentan diferente ordena‑ meros,, que significa «mismas partes». Son moléculas con la misma miento espacial de los átomos, es decir, diferente configuración, por fórmula química, pero distinta disposición espacial. lo que se ha de romper un enlace covalente para interconvertirse. Isóm Isómeros eros estructurales o funcionales: moléculas que presentan   diferente localización de sus átomos o de su grupo funcional. Los     átomos se conectan de forma diferente.                      l‑arabinosa d‑arabinosa         Isó sómer meros os conf onfor ormac macion ionale ales: s: pre presen sentan tan dif difere erente nte con confor formaci mación. ón.  No es necesario romper un enlace covalente para cambiar de con‑ formación. Gliceraldehído Dihidroxiacetona (aldotriosa) (cetotriosa)  Isómero Enantiómero estructural                 l‑Glucosa d‑Glucosa d‑Fructosa Diasteroisómero Diasteroisómero: Epímero           d‑Talosa d‑Galactosa Figura 2‑3. Diferentes isómeros de la glucosa. La diferente posición del grupo carbonilo en la fructosa lo convierte en un isómero estruc‑ tural o funcional. La imagen especular de la d‑glucosa es su enantió‑ mero, la l‑glucosa; la d‑galactosa es un epímero, mientras que la d‑talosa es un diasteroisómero con más de un C asimétrico en dife‑ rente configuración. Figura 2‑2. Familia de las d‑cetosas. Para moléculas con el mismo número de carbonos que en la serie de las aldosas, el número de carbonos asimétricos (en rojo) es menor y, por lo tanto, también los u VÍDEO 2-2 posibles isómeros. Se recuadran los monosacáridos más comunes ¿Cuántos isómeros ópticos tiene la d‑glucosa? en los sistemas biológicos. 28  Hidratos de carbono 2 RECUADRO 2‑3. Convención de Fischer ¿Qué puede ser más semejante a mi mano o a mi oreja y más igual en todas sus partes que su imagen en el espejo? Y, sin em- bargo, yo no puedo colocar la mano que se ve en el espejo en el lugar de la original. Immanuel Kant, Prolegómenos a toda metafísica del porvenir. porvenir.         Se utiliza la convención de Fisher para describir las diferentes formas de las moléculas quirales. Se emplea como molécula de l‑Gliceraldehído d‑Gliceraldehído referencia el gliceraldehído. El d‑glicerald ‑gliceraldehído ehído y su enantióme enantiómero ro l‑glice ‑gliceraldehído raldehído desví desvían an el plano de la luz polarizada en los mis mis‑‑ mos grados pero en direcciones opuestas; la forma d provoca ro ro‑‑ tación a la derecha (d de dextro, derecha) y la l a la izquier izquierda da (l de levo,, izquierd izquierda). a). Fischer propuso la notació notación n abrevi abreviada ada para rere‑‑ presentar las configuraciones de las moléculas con centros qui‑‑ rales, conocidas como proye proyecciones cciones de Fisc Fischer her.. En esta representación los enlaces horizontales se extienden so‑‑ bre el plano del papel y los verticales lo hacen por debajo. Cual‑‑ quier molécula que presente centros quirales se puede repre‑‑ sentar de esta forma; sin embargo, cuando la molécula tiene más de un carbono asimétrico, como ocurre en los monosacáridos, la Isómeros ópticos del gliceraldehído. Se representan los enantió‑ forma d se asigna a la disposici disposición ón del C asimétric asimétrico o que esté más meros según la proyección de Fisher y se compara su naturaleza alejado del C primario. En este caso la molécula con configura‑‑ quiral con la disposición de las manos. En el caso del gliceraldehído ción d no necesariame ecesariamente nte desviará el pla plano no de la luz polarizada a la forma d desvía el plano de la luz polarizada a la derecha (+) y la la derecha sino que se denomina d por comcomparación paración con el d‑gli‑ forma l a la izquierda (‑). Se representa la importancia de la quira‑ ceraldehído, según la convención de Fisher. lidad en una molécula con actividad biológica. tipo enantiómero. Dos enantiómeros son indistinguibles desde el punto de vista químico y comparten casi todas las propiedades físicas. Estas dos moléculas sólo ACTIVIDAD INTERACTIVA 2-1 difieren en la forma en que interaccionan con la luz polarizada diferenciándose A partir de diferentes monosacáridos, por el grado de rotación del plano de la luz, medido por un polarímetro. Pero identificar el número de isómeros ópti‑‑ lo que es más importante desde el punto de vista biológico es que únicamente cos, sus enantiómeros y diasteroisóme‑‑ un enantiómero podrá interaccionar (encajar) con otra molécula que también ros, y la posibilidad de formar moléculas cicladas. sea quiral, por ejemplo, el centro activo de una enzima. Como la mayoría de las moléculas biológicas son quirales, la unión de una enzima sólo reconocerá a un único tipo de enantiómero (Recuadro 2‑3). En la figura 2‑1 se observa que a medida que aumenta el número de car‑ bonos, el monosacárido podrá adoptar un mayor número de configuraciones espaciales. Cada centro quiral tendrá dos posibles configuraciones, denomina‑‑ das d o l. Por lo tanto, una molécula con n centros quirales tendrá 2n posibles esteroisómeros. Existen cuatro centros quirales en las aldohexosas, luego habrá 24 = 16 esteroisómeros; sin embargo, en la naturaleza se encuentran sólo las ocho configuraciones d ya que, como se ha comentado, únicamente es activo uno de los dos posibles enantiómeros. Todo esteroisómero que no sea enan‑‑ C O N C E P TO S C L AV E tiómero se denomina diasteroisómero (véase Fig. 2‑3). Cuando miramos la glucosa vemos que se diferencia de la galactosa y la manosa en la disposi‑‑ La presencia de carbonos asimé‑ ción de uno sólo de los centros quirales; este tipo de diasteroisómeros se tricos determina que los monosa monosa‑‑ denominan epímeros. Para que en la célula un epímero se convierta en otro cáridos presenten esteroisomería. (por ejemplo, una glucosa en galactosa), se tiene que romper y formar un nue‑‑ En la naturaleza sólo un enantió‑ vo enlace, por lo que es necesaria que esta reacción esté catalizada por una mero es bioioló lógi gica came ment ntee activo. enzima. Los epímeros se diferencian en la disposición isposición de los sus ustituyentes tituyentes de uno sólo de sus centros quirales. 29  SECCIÓN I Los material materiales es y funciones de la célula célula   + ’  Los monosacáridos en solución presentan un nuevo centro quiral ’ Alcohol Aldehído Hemiacetal Los monosacáridos en solución acuosa pueden adoptar una forma ciclada cuan‑ do uno de sus grupos hidroxilo reacciona con el grupo carbonilo, sea aldehído ’’  ’’  + ’  o cetona, de su misma molécula, y forman un enlace denominado he hemi miac etaal o acet ’ hemicetal,, res respe pect ctiv ivaame ment ntee (Fi (Fig. g. 2‑ 2‑44). Así Así,, una una mol moléc écul ulaa de de sei seiss car carbbon onos os con Alcohol Cetona Hemicetal cuatro centros quirales, al adoptar la forma ciclada, presentará un quinto centro Figura 2‑4. Reacción hemiacetal y hemice‑ quiral en el carbono que proviene del grupo carbonilo (C‑1 si es aldehído y tal. El enlace entre un alcohol con un grupo C‑2 si proviene de una cetona), pudiendo ahora adoptar dos posibles configu‑ aldehído (hemiacetal) o una cetona (hemi‑ raciones. cetal) es muy común en pentosas y hexosas Las aldohexosas y las heptosas adoptan una forma de anillo de seis vértices y en disolución. se conocen como piranosas, por analogía a la molécula de pirano. Las cetosas de seis carbonos y las aldosas de cinco adoptan la forma de un anillo de cinco miembros y se denominan furanosas, por analogía al furano (Fig. 2‑5). Los nuevos esteroisómeros se denominan anómeros y se diferencian en la disposición del grupo OH del nuevo carbono asimétrico, denominado carbono C O N C E P TO S C L AV E anomérico.. Sólo varía la configuración de este carbono, quedando los sustitu‑ yentes de los demás centros quirales en la misma disposición. Si el OH está en Los monosacáridos en solución el lado opuesto del anillo del grupo OH del C‑6, se denomina anómero a, y si acuosa adoptan una configuración está al mismo lado del plano se denomina anómero b. Como normalmente la ciclada que presenta un nuevo configuración d se representa con el C‑6 en la parte superior del anillo, la confi‑ carbono asimétrico denominado guración a presentará el OH debajo del plano y la b por encima. Los dos anó‑ anomérico.. meros de la d‑glucosa tienen propiedades físicas y químicas diferentes, entre Config Con figur uraci ación ón fren frente te a conf confor or‑‑ las que se incluye la capacidad de desviar el plano de la luz polarizada. Se obser‑ mación: para qu que e una molé olécula cula va que en solución acuosa los anómeros se interconvierten libremente (mutarro‑ mutarro‑ cambie de configuración se debe ), llegando al equilibrio; por ejemplo, a partir de la d‑glucosa se obtiene tación), romper alguno de sus enlaces una mezcla de 63,6 % de la forma b y un 36,4 % del anómero a , estando la covalentes. Pasar de un enantió‑ forma lineal presente en muy poca proporción (Fig. 2‑6a). mero a otro requiere un cambio de La representación de los anillos según la proyección de Haworth simula un disposición de los sustituyentes anillo plano para las formas pirano y furano. Sin embargo, debido a la estructu‑ del centro quiral mediante el cam‑ ra tetraédrica del carbono, estas estructuras cíclicas adoptan conformaciones más bio de un enlace covalente. Sin estables termodinámicamente, denominadas conformación en silla. La disposi‑ embargo, para pasar de una con‑ ción de los sustituyentes en el plano axial o ecuatorial (según un eje de referen‑ formación a otra no es necesario cia perpendicular al anillo) dependerá de lo voluminosos que sean los sustitu‑ romper ningún enlace covalente. Son adaptaciones de la molécula en el espacio. (a) 1 6 2  6   5    5 u VÍDEO 2-3 3    4     4 1   4   1 Ciclación de un monosacárido.  5  3 2 Pirano   3 2 6  ‑d‑Glucopiranosa d‑Glucosa (Proyección de Haworth) Figura 2‑5. d‑glucopiranosa y d‑fructofu‑ ranosa. Formación de moléculas cicladas a 1 partir de las formas lineales de la d‑gluco‑ (b) sa (a) y d‑fructosa (b). Las fórmulas se re‑   2 6 1 presentan en proyección de Haworth: los    6 1 3  5  lados del anillo más cercanos al lector se    2 5 2 representan con trazos gruesos. La dispo‑ 4     4 3 sición de los grupos hidroxilo por debajo del   4 3 5  Furano plano del anillo en este tipo de representa‑  ción corresponde con la posición a la dere‑ 6 ‑d‑Fructofuranosa cha en las proyecciones de Fisher. Se com‑ (Proyección de Haworth) d‑Fructosa para con las moléculas de pirano y furano. 30  Hidratos de carbono 2 Figura 2‑6. (a) Formas anoméricas de la (a) d‑glucopiranosa. Proceso de mutarrotación 1  6 6 en el que se produce una interconversión 2  de la forma a a la b, posiblemente a través  5 5 de un paso por la forma lineal. Estos anó‑  3   4  1 1 4 4 meros sólo se diferencian en la configura‑   ción del carbono anomérico (C‑1). (b) Dos 3 2  3 2 5  posibles conformaciones en silla de la 6  ‑d‑glucopiranosa. Se ind indiica en ro rojjo lo loss ‑d‑glucopiranosa ‑d‑glucopiranosa sustituyentes en posición ecuatorial. d‑Glucosa (forma lineal) (b)  yentes del carbono, y tendrá gran influencia en la disposición espacial y, por lo ACTIVIDAD INTERACTIVA 2-2 tanto, en la función que desempeñará en la célula (Fig. 2‑6b). A partir de diferentes monosacáridos, ¿cuáles pueden formar moléculas cicla‑ Los monosacáridos modificados adquieren nuevas propiedades das? En los monosacáridos se encuentran diferentes grupos funcionales que pueden realizar diversas reacciones químicas: grupos hidroxilo, carbonilo (ceto o aldehí‑ do) y hemicetal o hemiacetal. A continuación se analizan algunas modificacio‑ nes que pueden experimentar los monosacáridos en la célula y que adquieren cierta importancia biológica (Fig. 2‑7). Oxidación Si la oxidación la sufre el grupo aldehído, convirtiéndose en un grupo carboxilo, se produce un ácido aldónico, como es el caso del glucónico en la oxidación del C‑1 de la glucosa (se añade el sufijo -ónico después del nombre de la aldosa que proviene). La capacidad de ser oxidados hace que los monosacáridos tengan po‑ der reductor, siendo ésta una de las características distintivas de estas moléculas para su identificación por métodos bioquímicos. Ya que todos los monosacáridos tienen poder reductor, todos podrán reducir algún agente químico como los iones de Cu2 , haciendo que el cambio de color del precipitado de cobre revele la presencia de monosacáridos en la muestra a determinar. Uno de los más utiliza‑ dos es el reactiv eactivo ehling.. Se o de Fehling Se basa en el poder reductor reductor del grupo grupo carbonilo, carbonilo, que pasa a ácido reduciendo la sal cúprica de cobre (II), en medio alcalino, a óxido de cobre (I) que forma un precipitado de color rojo. Si un azúcar reduce el reactivo de Fehling a óxido de cobre (I) rojo, se dice que es un azúcar reductor. Si la oxidación la sufre un alcohol primario de las aldosas (C‑6) se convierte en un ácido urónico, como el glucurónico en el caso de la glucosa (añadiendo ahora el sufijo -urónico después del nombre de la aldosa que proviene). En este caso puede presentarse en forma ciclada, y es un azúcar ácido muy frecuente en C O N C E P TO S C L AV E los polisacáridos presentes en las células animales. En condiciones fisiológicas Debido al poder reductor de los estará ionizado y presentará carga negativa, denominándose glucuronato. Puede monosacáridos, las pruebas de existir la oxidación de los dos carbonos de los extremos, y entonces aparece la identificación de los azúcares se forma aldárica, con dos grupos carboxilos. basan en su capacidad de redu‑‑ Las lactonas son una forma ciclada, pero en este caso mediante un enlace cir reactivos con Cu2 provocando éster, entre el carboxilo oxidado del carbono 1 y un alcohol de la misma molé‑ un cambio de color fácilmente cula, normalmente el carbono 5. Un ejemplo de lactona es la vitamina C o áci‑ medible. do ascórbico. 31