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Resumen de los Glúcidos

En bioquímica, los glúcidos  juegan un papel fundamental en la vida de todos los seres vivos. Estas biomoléculas son esenciales para una gran variedad de procesos biológicos que sostienen la vida. Veremos ejemplos como el de la glucosa, un monosacárido vital para la producción de energía, o la celulosa, un polisacárido clave en la estructura de las plantas. En este resumen sobre los glúcidos, analizaremos la estructura, funciones y tipos de glúcidos que podemos encontrar en la naturaleza o en nuestra propia alimentación.

 

¿Qué son los glúcidos?

Los glúcidos, también conocidos como carbohidratos o hidratos de carbono, son biomoléculas esenciales en la bioquímica de los seres vivos. Están compuestos principalmente por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), siguiendo en muchos casos la fórmula empírica general (CH2O)n. Sin embargo, algunos glúcidos también pueden contener otros elementos como nitrógeno (N), fósforo (P) o azufre (S).

La estructura de los glúcidos se caracteriza por tener un grupo funcional carbonilo, que es un grupo compuesto de un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno mediante un doble enlace. Dependiendo de la posición de este grupo carbonilo, los glúcidos pueden clasificarse como aldehídos (si el grupo carbonilo está al final de la cadena carbonada, formando un grupo aldehído -CHO) o como cetonas (si el grupo carbonilo está en medio de la cadena carbonada, formando un grupo cetona -CO-).

 

Clasificación de los glúcidos

La clasificación de los glúcidos se basa en su complejidad estructural y en el número de unidades de monosacáridos que contienen:

  • Monosacáridos. Son los glúcidos más simples y no pueden hidrolizarse en unidades más pequeñas. Ejemplos comunes incluyen la glucosa, la fructosa y la galactosa. Los monosacáridos son la unidad básica de los carbohidratos y desempeñan roles cruciales en el metabolismo energético.
  • Disacáridos. Estos glúcidos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace glucosídico. Ejemplos notables son la sacarosa (glucosa + fructosa), la lactosa (glucosa + galactosa) y la maltosa (glucosa + glucosa). Los disacáridos son comúnmente encontrados en la dieta y deben ser hidrolizados en sus monosacáridos constituyentes para ser absorbidos por el organismo.
  • Oligosacáridos. Compuestos por la unión de entre tres y diez monosacáridos. Los oligosacáridos tienen funciones importantes en el organismo, como en el reconocimiento celular y en la composición de la membrana celular.
  • Polisacáridos. Son polímeros de monosacáridos, conteniendo más de diez unidades. Los polisacáridos pueden ser lineales o ramificados y generalmente son insolubles en agua. Se clasifican en dos categorías principales: homopolisacáridos, formados por un solo tipo de monosacárido (como el almidón y la celulosa), y heteropolisacáridos, formados por diferentes tipos de monosacáridos (como la hemicelulosa y el agar-agar). Los polisacáridos cumplen funciones estructurales y de almacenamiento energético en los seres vivos.

 

La hidrólisis de oligosacáridos y polisacáridos es un proceso bioquímico esencial en el que estos compuestos se descomponen en sus monosacáridos constituyentes mediante la acción de enzimas o ácidos. Este proceso es crucial para la digestión y el aprovechamiento de los carbohidratos en la dieta.

 

Monosacáridos

Características y Propiedades

Los monosacáridos son los componentes más básicos de los carbohidratos y presentan diversas propiedades físicas y químicas:

  • Propiedades Físicas. Los monosacáridos son típicamente sólidos cristalinos a temperatura ambiente. Son generalmente blancos o incoloros y muchos de ellos tienen un sabor dulce. Su solubilidad en agua es notable, lo que se atribuye a la capacidad de sus grupos hidroxilo (-OH) y grupos carbonilo para formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua.
  • Capacidad Reductora. Los monosacáridos tienen un grupo carbonilo libre que les confiere la capacidad de actuar como agentes reductores. Esta propiedad se utiliza en pruebas bioquímicas como la prueba de Fehling o la prueba de Benedict para detectar la presencia de azúcares reductores.
  • Isomería Óptica. Debido a la presencia de carbonos asimétricos, pueden existir en formas que son imágenes especulares no superponibles (enantiómeros). Estos isómeros pueden rotar la luz polarizada hacia la derecha (dextrógiros) o hacia la izquierda (levógiros).
  • Isomería de Función. Depende del grupo funcional; puede ser aldehído (aldosa) o cetona (cetosa).
  • Isomería Espacial o Estereoisomería. Involucra la disposición espacial de los átomos alrededor del carbono asimétrico, resultando en diferentes configuraciones como D- y L-formas.

 

Clasificación de los Monosacáridos

La clasificación de los monosacáridos se puede basar en distintas características del mismo glúcido en sí. Estas, se pueden dividir en:

  • Grupo Funcional Principal
    • Aldosas. Contienen un grupo aldehído (-CHO). Un ejemplo simple es el gliceraldehído.
    • Cetosas. Contienen un grupo cetona (-CO). Un ejemplo es la dihidroxiacetona.
  • Número de Átomos de Carbono. Varía de tres (triosas) a siete (heptosas) átomos de carbono. Por ejemplo, el gliceraldehído es una triosa (3 carbonos), mientras que la glucosa es una hexosa (6 carbonos).

 

Clasificación en función de su Estereoisomería

  • Enantiómeros D y L. La orientación del grupo -OH en el carbono asimétrico más lejano del grupo carbonilo determina si es un enantiómero D (derecha) o L (izquierda).
  • Dextrógiros y Levógiros. Refiere a la dirección en la que los monosacáridos rotan la luz polarizada. Es importante destacar que la rotación de la luz no siempre se correlaciona con la designación D/L.

 

Principales Monosacáridos

Los monosacáridos más importantes desde el punto de vista biológico incluyen:

  • Glucosa (D-Glucosa). Es probablemente el monosacárido más importante. Es una aldohexosa que juega un papel central en el metabolismo energético de los seres vivos. La glucosa circula en la sangre de los animales y es un componente clave en la fotosíntesis de las plantas.
  • Fructosa (D-Fructosa). Una cetohexosa encontrada comúnmente en frutas, miel y algunos vegetales. Es uno de los componentes de la sacarosa y tiene un sabor más dulce que la glucosa.
  • Galactosa (D-Galactosa). Una aldohexosa estructuralmente similar a la glucosa pero con una disposición diferente en un carbono asimétrico. Es un componente de la lactosa, el azúcar presente en la leche.
  • Manosa (D-Manosa). Una aldohexosa con una configuración estructural ligeramente diferente de la glucosa y la galactosa. Tiene un papel importante en la biología celular, particularmente en la comunicación y adhesión celular.

 

Disacáridos

Enlace O-Glucosídico

Los disacáridos se forman cuando dos monosacáridos se unen mediante un enlace covalente específico conocido como enlace O-glucosídico. Este enlace se establece a través de una reacción de condensación, en la cual se libera una molécula de agua (H2O). En un enlace O-glucosídico, el grupo hidroxilo (-OH) de un monosacárido reacciona con el grupo hidroxilo de otro, formando un enlace entre un átomo de oxígeno y dos átomos de carbono (uno de cada monosacárido).

La especificidad del enlace O-glucosídico depende de los carbonos involucrados en la reacción. Por ejemplo, un enlace entre el carbono 1 de un monosacárido y el carbono 4 del otro resulta en un enlace 1-4 O-glucosídico. Estos enlaces pueden ser de naturaleza alfa (α) o beta (β), dependiendo de la orientación espacial del grupo hidroxilo en el carbono involucrado en el enlace.

 

Enlace O-glucosídico

Principales Disacáridos

Maltosa

  • Estructura. La maltosa se compone de dos unidades de glucosa unidas por un enlace α(1→4) O-glucosídico.
  • Importancia Biológica. Es un producto intermedio en la digestión del almidón y juega un papel importante en el metabolismo de los carbohidratos.

Isomaltosa

  • Estructura. Similar a la maltosa, la isomaltosa también está formada por dos unidades de glucosa, pero están unidas por un enlace α(1→6) O-glucosídico.
  • Importancia Biológica. Se encuentra en los puntos de ramificación del almidón y el glucógeno, siendo importante en la estructura y metabolismo de estos polisacáridos.

Lactosa

  • Estructura. La lactosa está formada por una molécula de glucosa y una de galactosa unidas por un enlace β(1→4) O-glucosídico.
  • Importancia Biológica. Conocida como el azúcar de la leche, es esencial para la nutrición de los mamíferos jóvenes. La lactosa es también importante en la industria alimentaria y en la microbiología.

Sacarosa

  • Estructura. La sacarosa, o azúcar de mesa común, se compone de una unidad de glucosa y una de fructosa unidas por un enlace α(1→2)β O-glucosídico.
  • Importancia Biológica. Es una fuente de energía primaria en la dieta humana y se utiliza ampliamente en la industria alimentaria. Además, la sacarosa juega un papel crucial en los procesos de fotosíntesis en las plantas.

Celobiosa

  • Estructura. La celobiosa consta de dos unidades de glucosa unidas por un enlace β(1→4) O-glucosídico.
  • Importancia Biológica. Se encuentra en la celulosa y es un producto intermedio en la degradación de este polisacárido. Aunque no es digerible por los humanos, es importante en el metabolismo de algunos microorganismos y en la fabricación de bioetanol.

 

Polisacáridos

Los polisacáridos son macromoléculas formadas por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces glucosídicos. Vamos a profundizar en uno de los tipos principales de polisacáridos: los homopolisacáridos

Homopolisacáridos

Los homopolisacáridos están compuestos por un solo tipo de monómero de monosacárido y desempeñan funciones esenciales en almacenamiento energético y estructura.

Almidón

  • Estructura. Compuesto principalmente por dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina. La amilosa es lineal con enlaces α(1→4), mientras que la amilopectina es ramificada con enlaces α(1→6) en los puntos de ramificación.
  • Función. El almidón es la principal forma de almacenamiento de carbohidratos en las plantas. Se almacena en órganos como semillas y tubérculos, proporcionando energía para la germinación y crecimiento.

Glucógeno

  • Estructura. Similar a la amilopectina pero más extensamente ramificado. Contiene enlaces α(1→4) en las cadenas lineales y α(1→6) en los puntos de ramificación.
  • Función. Es la principal forma de almacenamiento de glucosa en animales y hongos. Se almacena principalmente en el hígado y en los músculos, y es rápidamente movilizable para satisfacer las necesidades energéticas.

Celulosa

  • Estructura. Compuesta por unidades de glucosa unidas por enlaces β(1→4), formando cadenas lineales que se asocian por enlaces de hidrógeno, generando fibras resistentes.
  • Función. Es un componente estructural clave en las paredes celulares de las plantas, proporcionando rigidez y resistencia. La celulosa es la biomolécula orgánica más abundante en la Tierra. Los humanos no podemos digerirla por no tener la enzima que lleva a cabo su degradación.

Quitina

  • Estructura. Formada por unidades de N-acetilglucosamina unidas por enlaces β(1→4). Es similar estructuralmente a la celulosa, pero con un grupo acetilamino en lugar de un grupo hidroxilo.
  • Función. Es un componente estructural en los exoesqueletos de artrópodos (como insectos y crustáceos) y en las paredes celulares de algunos hongos. Proporciona resistencia y protección mecánica.

 

Ejercicios sobre glúcidos para preparar selectividad

1. El disacárido que podemos obtener de la caña de azúcar es:

a) Lactosa

b) Sacarosa

c) Maltosa

 

2. En relación al almidón y al glucógeno, señala la opción correcta: 

a) Son polímeros de fructosa con función estructural

b) Son polímeros de glucosa con enlaces (1-4) y (1-6) y con función energética

c) El almidón es un polisacárido vegetal pero también se encuentra formando estructuras importantes en las células animales

 

3. ¿Cuál de las siguientes moléculas presenta enlace O-Glucosídico?

a) Gliceraldehído

b) Ribulosa

c) Celulosa

 

4. En una situación experimental, tras permanecer en ayunas, tres personas ingieren: la primera (A) una ración de celulosa, la segunda (B) una ración de glucosa y la tercera (C) una ración de almidón. Compare la rapidez con la que cabe esperar que suba la glucemia (nivel de glucosa en sangre) de las tres personas.

 

Soluciones

1b

2b

3c

4. En primer lugar, observaremos a la persona B. Esto es debido a que la glucosa se absorbe más rápidamente en sangre debido a que no necesita transformación, ya ha consumido el azúcar simple.

Posteriormente, podremos ver que sube más el nivel de glucosa en la persona C, ya que el almidón (polisacárido) que consume tardará más en ser hidrolizado a glucosa por varias enzimas.

Por último, encontramos a la persona A, puesto que los humanos no tenemos enzimas que puedan digerir la celulosa. Esto hace que el nivel de glucemia no aumente.

 

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