lunes, 2 de noviembre de 2009

Glúcidos I: monosacáridos

Los glúcidos son una familia de compuestos con características químicas comunes. Todos ellos son cadenas carbonadas lineales, sin dobles enlaces. Todos sus carbonos, excepto uno, están unidos a un grupo alcohol, mientras que el otro lleva un grupo carbonilo (oxo). El grupo carbonilo puede encontrarse en un extremo de la molécula (aldehído) o en un carbono intermedio (cetona).

Esta estructura describe los compuestos más sencillos de la familia, los monosacáridos, que pueden unirse entre sí para formar polímeros, que pueden estar compuestos por dos moléculas (disacáridos), por unas pocas (oligosacáridos) o incluso por decenas de miles de moléculas (polisacáridos).

Los monosacáridos más frecuentes en los seres vivos tienen un mínimo de tres átomos de carbono, y pueden llegar hasta siete, aunque los más habituales son los que tienen cinco o seis carbonos. Se les nombra, en general, añadiendo la terminación -osa, de modo que una triosa es un monosacárido con tres carbonos, mientras que cualquier monosacárido de seis carbonos recibirá el nombre genérico de hexosa.

Familias de monosacáridos e isomería

Según la posición en la que se encuentre el grupo carbonilo, se distinguen dos grandes familias de monosacáridos: si el grupo -oxo es un aldehído, es decir, si se encuentra en el carbono uno, el monosacárido es una aldosa (-osa por ser un glúcido, y aldo- porque es un aldehído), mientras que si se encuentra en cualquier carbono intermedio se trata de una cetosa (análogamente, -osa por glúcido y ceto- por cetona). Los compuestos más sencillos de cada uno de estos grupos son, respectivamente, el gliceraldehído (que es la aldosa de tres carbonos) y la dihidroxiacetona (la cetosa de tres carbonos).

Como puede verse al observar sus fórmulas, estos dos compuestos tienen exactamente la misma composición (la misma fórmula estequiométrica), pero sus átomos están dispuestos de modo diferente, por lo que son sustancias distintas. Ambos guardan entre sí una relación que se denomina isomería de función.

La forma en que los organismos tratan a los compuestos químicos hace particularmente importante la estructura tridimensional de cada molécula, hasta el punto de que moléculas muy parecidas, que solo se diferencian en la posición de uno de sus átomos, son tratadas de forma muy diferente por la célula; en la mayoría de los casos, solo una de las dos es reconocida y utilizada por los seres vivos. En el caso de los glúcidos, esto cobra importancia porque todos ellos, excepto la dihidroxiacetona, tienen carbonos asimétricos.

Un carbono es asimétrico cuando está unido a cuatro grupos distintos, entendiendo como grupo no el átomo inmediatamente enlazado, sino el conjunto de átomos que está unido a él. La cuestión es que cuando un carbono es asimétrico, los grupos unidos a él pueden disponerse en el espacio de dos formas distintas, una de las cuales es la imagen especular de la otra.

La imagen anterior muestra dos compuestos que guardan entre sí este tipo de relación, llamada estereoisomería. Si te fijas en la imagen, verás que los grupos que rodean al carbono representado en el centro de la palma son iguales en ambas moléculas, pero están dispuestos de modo diferente; si tomamos de referencia el grupo -COOH y giramos en sentido antihorario, el orden de los grupos en la molécula de la izquierda es -COOH, -R, -NH2 y -H, mientras que en la molécula de la derecha el orden es -COOH, -H, -NH2 y -R. Esta diferencia, aparentemente tan pequeña, es suficiente para que una de las dos sea reconocida por los seres vivos, mientras que la otra no.

En el caso de los glúcidos, todos los monosacáridos (excepto la dihidroxiacetona) tienen, al menos, un carbono asimétrico. En concreto, la disposición del último carbono asimétrico de cada molécula tiene una importancia considerable: una de esas disposiciones, llamada D es la única que puede ser utilizada por los organismos, mientras que su simétrica, la L, da lugar a compuestos no biológicos, que solo se obtienen en procesos químicos de síntesis, y que los seres vivos son incapaces de metabolizar. Por lo tanto, se dice que todos los glúcidos que forman parte de los series vivos pertenecen a la serie D.

Pueden existir estereoisómeros que se diferencien entre sí en la disposición de otros átomos de carbono, pero siempre que sean D son potencialmente utilizables por los organismos, solo que funcionan como sustancias diferentes. Por ejemplo, la glucosa es el monosacárido más importante en las células; la galactosa es un estereoisómero de este compuesto, que es utilizable por la mayor parte de los organismos, pero que, para poder ser empleado por las células, debe ser previamente transformado en glucosa.

En resumen, existen dos tipos de isomería importantes para los organismos entre compuestos de la familia de los glúcidos: la primera es la isomería de función, que se establece entre aldosas y cetosas; la segunda es la estereoisomería, que se establece entre compuestos que son simétricos entre sí. En el caso de la estereoisomería, es particularmente importante la diferencia entre glúcidos D y glúcidos L, los cuales no son utilizables por los seres vivos.

Una cosa más: las células poseen sistemas adecuados para transformar algunos compuestos en sus isómeros, de forma que pueden utilizar una gran variedad de compuestos químicos sin más que transformarlos antes en alguno de sus isómeros más comunes.


Las imágenes anteriores muestran tres compuestos muy relacionados entre sí: los tres son hexosas bastante comunes en los seres vivos: galactosa, glucosa y fructosa. Las dos primeras son isómeros ópticos entre sí, ya que solo se diferencian en la posición de los sustituyentes de un carbono (concretamente el carbono 4), mientras que glucosa y fructosa son isómeros de función. Las células pueden utilizar las tres sustancias, y para hacerlo las transforman entre sí: la galactosa es transformada en glucosa, y ésta, bien se utiliza como tal, bien se transforma en fructosa.

Estructuras lineales y cíclicas

El grupo oxo de los glúcidos tiene cierta capacidad de reaccionar con grupos OH, y en el medio celular este tipo de reacciones puede ocurrir incluso dentro de la misma molécula. El resultado de esta reacción es la formación de una molécula cíclica pl, que es la forma en la que los monosacáridos se encuentran en la célula en la mayor parte de las circunstancias. La ciclación ocurre entre el carbono con el grupo oxo y el penúltimo carbono de la cadena, precisamente el que determina si la sustancia es D o L, y da lugar a la aparición de un nuevo carbono asimétrico, ya que el doble enlace se ha deshecho. La configuración de este nuevo carbono asimétrico puede ser α o β, según la posición de su OH.
Monosacáridos más comunes

Los seres vivos utilizamos un número considerablemente elevado de monosacáridos diferentes, si bien los más representativos son unos pocos tipos de sustancias. Entre ellas se cuentan las que aparecen en la siguiente tabla:

Nº de carbonos

Aldosas

Cetosas

3

Gliceraldehído

Dihidroxiacetona

4

Eritrosa


5

Ribosa

Xilosa

Ribulosa

Xilulosa

6

Glucosa

Galactosa

Manosa

Fructosa

Reconocimiento de fórmulas químicas

De los monosacáridos recogidos en la tabla, los más abundantes y que mayor papel juegan en el metabolismo celular son la glucosa y la fructosa. Para identificarlas a través de su fórmula química es necesario prestar atención a ciertas características clave:

Compuestos derivados de monosacáridos

Con bastante frecuencia, los organismos utilizan los monosacáridos como compuestos base, modificándolos químicamente para poder utilizarlos en funciones especificas. Las modificaciones químicas más frecuentes son las siguientes:

  • Monosacáridos desoxigenados: se elimina uno de los grupos OH, que es sustituido por un hidrógeno. La desoxirribosa es un derivado de la ribosa, que forma parte del ADN.
  • Ésteres fosfato: En el interior de la célula, los monosacáridos raramente se encuentran libres, sino que suelen estar unidos a un grupo fosfato. Esto permite, por una parte, que se acumulen en el interior de la célula (la membrana es permeable a la glucosa, pero no a la glucosa fosfato), y por otra facilita su reactividad, ya que la unión con el grupo fosfato hace que posean una gran energía interna.
  • Azúcares ácidos: son el resultado de la oxidación de alguno de los grupos OH del monosacárido (vitamina C, ácido glucorónico...).
  • Azúcares alcoholes: El grupo oxo se oxida a hidroxilo, de modo que la molécula es un polialcohol (glicerol, sorbitol).
  • Aminoazúcares: uno de los grupos hidroxilo es sustituido por un grupo amino (glucosamina, galactosamina).
  • Glucósidos: son el resultado de la unión de un monosacárido con otro compuesto (nucleósidos, unión con una base nitrogenada, forman los ácidos nucleicos...).
A título de ejemplo, la siguiente figura recoge diversos derivados de la glucosa.