Glucolisis y fermentación

El ambiente en el que evolucionaron los seres vivos primitivos carecía de oxígeno. La aparición de este compuesto, ocurrida hace unos 3.000 millones de años como consecuencia de la evolución de la fotosíntesis oxigénica, supuso una verdadera catástrofe para los organismos que existían en aquella época, porque el oxígeno resultaba tremendamente tóxico para ellos. Algunos consiguieron adaptarse a las nuevas condiciones, incluso utilizando el nuevo compuesto como un elemento básico de su metabolismo, y de ellos proceden todos los organismos aerobios actuales. Sin embargo, todos los seres vivos actuales conservamos, como un resto evolutivo, algunas rutas metabólicas que ya existían antes de la evolución del oxígeno y que han permanecido como elementos centrales de nuestro funcionamiento: la glucolisis y las fermentaciones.

Glucolisis

La glucolisis es, seguramente, la ruta metabólica más antigua que se conserva, como lo prueba su presencia en todos los seres vivos y la naturaleza química de las reacciones que tienen lugar en ella. Se trata de un conjunto de procesos que hacen posible la degradación oxidativa de la glucosa (y de otros monosacáridos que pueden transformarse en ella) en ausencia de oxígeno. Sin embargo, en estas condiciones la oxidación de los monosacáridos es solo parcial, dando lugar a compuestos orgánicos que no están totalmente oxidados.

La producción de energía en la fosforilación ocurre exclusivamente mediante fosforilación a nivel de sustrato, mientras que los electrones y los protones que se arrancan de la glucosa a lo largo del proceso acaban siendo transferidos al NAD⁺ para dar lugar a NADH+H⁺. El compuesto final que se obtiene como resultado de la degradación es el piruvato:

La glucolisis tiene lugar en el citoplasma de las células eucariotas, circunstancia que tiene su interés, porque apoya la teoría de que los eucariotas evolucionaron a partir de procariotas anaerobios; de hecho, el oxígeno resulta tóxico en el citoplasma, y la célula lo envía rápidamente hacia la mitocondria, donde puede aprovecharse.

Descripción del proceso

Desde el punto de vista químico pueden distinguirse varias etapas distintas en la glucolisis, mediante las cuales se van "preparando" paulatinamente los diferentes compuestos para facilitar la reacción global:

1. Fase de activación: requiere el aporte de energía en forma de ATP, que se recuperará en reacciones posteriores. La activación permite que los compuestos activados reaccionen con mayor facilidad. Esta "inversión energética" recuperable se da en muchos procesos metabólicos.
1. Transformación de la glucosa en glucosa 6-fosfato: La glucosa reacciona con una molécula de ATP, fosforilándose y liberando ADP. En realidad no se trata de un proceso de activación energética (aunque también sea necesario para eso), sino que tiene un motivo diferente desde el punto de vista de la lógica celular. La membrana plasmática permite el paso de loa glucosa mediante difusión facilitada a través de transportadores específicos. Esto haría imposible la acumulación de glucosa dentro de la célula, ya que ese transporte es bidireccional y a favor de gradiente. La modificación química de la glucosa, concretamente la fosforilación, impide que la glucosa 6-fosfato salga de la célula (porque no existe transportador para ella). Toda la glucosa intracelular está fosforilada.
2. Transformación de la glucosa 6-fosfato en fructosa 6-fosfato: Es una reacción de isomerización espontánea y reversible, que transforma la forma aldosa en la cetosa. La glucosa 6-fosfato es una sustancia que puede participar en varias rutas metabólicas, mientras que la fructosa 6-fosfato solo interviene en la glucolisis. La formación de este compuesto permite, por lo tanto, regular la cantidad de glucosa que se metaboliza y, en consecuencia, la cantidad de energía que se va a producir mediante esta ruta.
3. Transformación de la fructosa-6-fosfato en fructosa 1,6-difosfato: Con esta nueva fosforilación se consigue que el compuesto alcance la energía interna suficiente para sufrir la siguiente reacción.
2. Rotura de la fructosa 1,6-difosfato: La molécula se rompe en dos mitades del mismo tamaño, gliceraldehído 3-fosfato y dihidoxiacetona fosfato. Ambos compuestos son isómeros entre sí (son las formas fosforiladas de las dos triosas que existen), y de hecho se transforman la una en la otra en una reacción espontánea y reversible. Este equilibrio es fundamental en la continuación de la ruta, ya que solo el gliceraldehído 3-fosfato es metabolizado. Sin embargo, a medida que dicha sustancia se va consumiendo, la dihidroxiacetona fosfato se transforma en gliceraldehído, de acuerdo con el principio de equilibrio químico.
3. Oxidación y fosforilación a nivel de sustrato: La última fase de la glucolisis consiste en una srie de reacciones que, conjuntamente, suponen su oxidación parcial acoplada a la fosforilación a nivel de sustrato que sintetiza más ATP del que se había consumido durante la activación. Los electrones y protones separados en el proceso se ceden a una coenzima de oxidación-reducción.
1. Transformación del gliceraldehído 3-fosfato en 1,3-difosfoglicerato: se trata de una oxidación tan exotérmica que  basta para unir un grupo de fosfato inorgánico al grupo ácido recién formado. Los electrones y los protones separados de la molécula de gliceraldehído 3-fosfato son cedidos al NAD⁺ para formar una molécula de NADH+H⁺ (dos por cada molécula de glucosa).
2. Fosforilación de ADP y formación de 3-fosfoglicerato: El 1,3-difosfoglicerato reacciona con el ADP dando lugar a las primeras moléculas de ATP que se producen en la ruta metabólica. Como cada molécula de glucosa ha permitido la formación de dos moléculas de 1,3-difosfoglicerato en esta reacción se recupera la energía invertida en la activación del monosacárido.
4. Recuperación de la energía proporcionada para la activación: El 3-fosfoglicerato conserva aún el grupo fosfato que se había unido durante la fase de activación. El final de la glucolisis permite la recuperación de este ATP, proporcionando por tanto un balance energético positivo. Para que esta reacción sea posible, es necesario que antes el 3-fosfoglicerato sufra ciertas modificaciones quimicas.
1. Transformación del 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato: El grupo fosfato cambia de posición dentro de la molécula, lo que facilita las reacciones posteriores.
2. Deshidratación del 2-fosfoglicerato: Da lugar a un compuesto llamado fosfoenolpiruvato.
3. Formación de piruvato y ATP: El fosfoenolpiruvato reacciona con el ADP transfiriéndole el grupo fosfato. El producto final de la glucolisis es el piruvato.

Balance energético de la glucolisis: Cada molécula de glucosa que interviene en la glucolisis necesita utilizar dos moléculas de ATP para activarse por completo. Su hidrólisis y oxidación posterior acaba proporcionando cuatro moléculas de ATP, por lo que el balance neto de la glucolisis es de una ganancia de dos ATPs por molécula de glucosa. Además, se sintetizan también dos moléculas de NADH+H⁺ en la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato.

El compuesto final de la degradación de la glucosa mediante esta vía es el piruvato, una molécula de tres átomos de carbono que aún está parcialmente reducida, por lo que aún sería posible extraer más energía química de ella. El destino del piruvato, sin embargo, depende de la naturaleza de la célula y de las condiciones en las que ésta se desarrolle: las células aerobias que disponen de oxígeno van a seguir aprovechando la energía contenida en esa molécula, gracias a la respiración celular, pero las células que no disponen de oxígeno, o que son incapaces de utilizarlo, no pueden obtener más energía de esta molécula.

Fermentaciones

Las fermentaciones son, igual que la glucolisis, rutas metabólicas características de la falta (o insuficiencia) de oxígeno ambiental. En esas condiciones, el NADH+H⁺ no puede ser utilizado por la célula para transformarlo en ATP, sino que su función celular consiste simplemente en recibir los protones y los electrones desprendidos en otras reacciones celulares. Una vez conseguido esto, su papel se agota, y lo que la célula necesita es regenerar el NAD⁺, cuya síntesis es costosa, para seguir realizando su metabolismo.

Algo similar ocurre con el piruvato. Mientras que las células aerobias pueden seguir degradándolo y obteniendo la energía que aún contiene, si no hay oxígeno disponible es una molécula que resulta "inútil" para la célula, por lo que su destino final es su eliminación.

Las fermentaciones van a dar solución a ambos problemas cuando la célula se encuentra en un ambiente anaerobio: por una parte, van a ceder los electrones y los protones del NADH+H⁺ al piruvato (o a una sustancia relacionada con él), regenerando así la coenzima que necesitan para seguir funcionando, y por otra van a sintetizar un derivado del piruvato, que incluya esos protones y esos electrones, que va a ser eliminado como sustancia de desecho.

Evolutivamente, por tanto, las fermentaciones constituían la fase final de la degradación anaerobia de la glucosa, en la que la célula se liberaba de sus residuos y regeneraba sus coenzimas. En la actualidad, la mayor parte de los organismos que llevan a cabo fermentaciones lo hacen como adaptación a condiciones de falta de oxígeno, ya sea porque escasea en el ambiente en el que se encuentran, ya sea porque el metabolismo de la propia célula es tan activo que no recibe la cantidad suficiente de este gas para mantenerlo (por ejemplo, las células musculares en condiciones de un esfuerzo muy intenso no llegan a recibir un aporte de oxígeno suficiente para quemar completamente la glucosa, y se ven obligadas a degradar el piruvato mediante la fermentación láctica).

Existen diferentes tipos de fermentación, que dan lugar a la transformación del piruvato en distintos compuestos:

• La fermentación láctica transforma el piruvato en lactato. Es la que se produce en las células musculares cuando escasea el oxígeno y la que llevan a cabo algunas bacterias.
• La fermentación alcohólica transforma el piruvato en etanol, después de eliminar una molécula de dióxido de carbono (descarboxilación). Es característica de muchas levaduras.
• La fermentación acética transforma el piruvato en acetato, también tras una descarboxilación. Es propia de bacterias del género Acetobacter.

Uso industrial de las fermentaciones

El hombre ha aprovechado las fermentaciones desde la antigüedad como proceso para transformar ciertos alimentos y aprovechar algunas características de los productos transformados. Por ejemplo, todas las bebidas alcohólicas son productos de la fermentación alcohólica de diferentes vegetales, llevadas a cabo por la levadura Saccharomyces cerevisiae. La levadura aprovecha parte de los azúcares presentes en el vegetal de partida (cebada en el caso de la cerveza, uva en el del vino...) produciendo alcohol y, en algunos casos, dióxido de carbono (si hay suficiente oxígeno). Otras fermentaciones aprovechadas industrialmente incluyen, por ejemplo, la producción de yogur (fermentación láctica) o la de vinagre (fermentación acética), entre muchas otras.

Glúcidos II: Polisacáridos

Los monosacáridos ciclados tienen capacidad de reaccionar entre sí formando un enlace llamado glucosídico. La reacción tiene lugar entre dos grupos hidroxilo de moléculas distintas, siendo preciso que uno de esos grupos sea el de un carbono anomérico (el penúltimo carbono asimétrico, que se había unido previamente al grupo carbonilo para que tuviera lugar la ciclación). Como resultado de esta reacción se obtiene una nueva molécula, formada por dos monosacáridos, que recibe el nombre de disacárido.

En la mayoría de los casos, en este enlace solo participa uno de los carbonos anoméricos, por lo que el compuesto resultante sigue teniendo un carbono capaz de reaccionar del mismo modo. Estos azúcares se denominan reductores (porque la reacción es de tipo redox), y tienen la característica de poder formar cadenas de monosacáridos unidos entre sí por el mismo tipo de enlaces. Si el número de monosacáridos que forman el compuesto final es conocido, este tipo de sustancias se nombran utilizando un prefijo que lo indica (disacáridos, trisacáridos...), si es un número pequeño pero indeterminado reciben el nombre de oligosacáridos, y si la molécula está formada por un gran número de monosacáridos recibe el nombre de polisacárido.

El carbono anomérico es asimétrico, y puede encontrarse en dos configuraciones: α y β. Esto tiene importancia en la formación del enlace, ya que su estructura es diferente en un caso o en otro, como se observa en la figura inferior. En ella se observa, en primer lugar, la reacción que da lugar al enlace glucosídico. El carbono anomérico que participa en esa reacción es el de la molécula de la izquierda. Las otras dos imágenes muestran las dos posibles configuraciones del enlace: en el primer caso un enlace α, y en el segundo uno β. Se observa también la forma en la que se identifica el enlace: conformación (α ó β), número del carbono de la primera molécula que interviene (generalmente el carbono 1) y número del carbono de la segunda molécula. Por lo tanto, el enlace formado en el segundo caso es α(1→6), mientras que la tercera imagen muestra un enlace β(1→4).

El hecho de que un enlace glucosídico sea α ó β tiene una importancia mucho mayor de la que podría parecer a primera vista: el tipo de enlace determina la estructura tridimensional de la molécula que se forma, y esto supone que los organismos las tratan de forma diferente; los animales somos capaces de utilizar moléculas con enlaces α, pero no podemos aprovechar las que tienen los enlaces β.

Disacáridos de importancia biológica

Existe una multitud de disacáridos diferentes en la naturaleza, aunque los que se encuentran en los seres vivos con mayor frecuencia son los siguientes:

Disacárido	Estructura	Papel biológico
Sacarosa	β-D-Fructosa (2→1) α-D-Glucosa	Azúcar vegetal (azúcar de mesa)
Maltosa	α-D-Glucosa (1→4) α-D-Glucosa	Almidón, glucógeno
Lactosa	β-D-Galactosa (1→4) α-D-Glucosa	Azúcar de la leche
Celobiosa	β-D-Glucosa(1→4) β-D-Glucosa	Celulosa

Oligosacáridos

Los oligosacáridos están formados por unas pocas unidades de monosacáridos que, generalmente, forman cadenas ramificadas. Esto hace que, utilizando unos pocos monosacáridos diferentes puedan construirse moléculas con una gran variedad de formas tridimensionales, lo que es aprovechado por la célula para utilizarlos en funciones de identificación y reconocimiento intercelular. En general, los oligosacáridos se encuentran unidos a otros tipos de moléculas, que suelen ser proteínas (glucoproteínas) o lípidos (glucolípidos). La siguiente figura muestra la gran variedad de estructuras que pueden obtenerse con unos pocos monosacáridos.

Estos oligosacáridos se disponen, en la mayor parte de los casos, en la superficie exterior de la membrana celular.

Polisacáridos

Los polisacáridos son el resultado de la unión de un gran número de moléculas de monosacáridos (en general, por encima de 1000) formando cadenas lineales o, más habitualmente, ramificadas. Los monosacáridos que forman parte de un polisacárido pueden ser todos iguales entre sí, en cuyo caso se dice que es un homopolisacárido, o bien pueden ser de varios tipos, hablándose entonces de heteropolisacáridos.

Hay varios monosacáridos que forman polisacáridos, tanto homogéneos como heterogéneos, aunque como el monosacárido más común es la glucosa, sus polímeros también son los polisacáridos más habituales. Existen varios polisacáridos formados por glucosa:

• La celulosa es un homopolisacárido formado por moléculas de β-D-glucosa unidas entre sí por enlaces 1→4.  Esta sustancia es una de las más abundantes en la naturaleza, ya que forma la mayor parte de las paredes celulares vegetales. Tiene, por lo tanto, una función estructural. La configuración de sus enlaces implica que no puede ser hidrolizada por los animales, de modo que no podemos digerirla al consumirla en la dieta. A pesar de ello, su consumo es fundamental porque facilita el paso de los restos digeridos de los alimentos a lo largo del intestino y la formación de las heces. Es el principal constituyente de la fibra vegetal a la que se hace referencia en nutrición.
• El almidón es otro homopolisacárido de glucosa, también de origen vegetal. A diferencia de la celulosa, el almidón está formado por moléculas de α glucosa, con enlaces entre los carbonos 1 y 4 a lo largo de la cadena. El almidón también presenta ramificaciones, con enlaces entre el carbono 1 de una glucosa y el 6 de otra. La función biológica del almidón es servir como sustancia de reserva en vegetales: la glucosa es el principal combustible metabólico de la célula; su degradación es el modo en el que las células obtienen energía habitualmente. Sin embargo, si existiera una gran cantidad de glucosa disuelta en el citoplasma se incrementaría exageradamente la osmolaridad, provocando graves problemas. En vez de esto, las células unen entre sí una gran cantidad de glucosas para formar una molécula de almidón, que no es soluble sino que forma un coloide o, incluso, se almacena en forma de gránulos. De esta forma, la célula puede mantener la concentración intracelular de sustancias en un valor aceptable, al mismo tiempo que disponer de una gran cantidad de glucosa muy fácilmente utilizable.
• El glucógeno es un polisacárido de α glucosa con enlaces α(1→4) y ramificaciones α(1→6). Es, por lo tanto, estructuralmente idéntico al almidón, salvo por su grado de ramificación: el glucógeno es más ramificado y compacto. Se encuentra solo en las células animales, en las que realiza el mismo tipo de funciones que el almidón en las vegetales. Gracias a que los enlaces en estas moléculas son de tipo α, los animales podemos metabolizarlas con facilidad.

Las siguientes imágenes muestran las diferencias entre los diferentes polisacáridos de glucosa. En la primera se esquematizan sus estructuras, mientras que en la segunda se aprecia la diferencia entre la forma tridimensional de la celulosa (izquierda) y del almidón.

El aprovechamiento del almidón en el tubo digestivo se consigue gracias a su hidrólisis progresiva. En una primera fase, la rotura de la molécula de almidón da lugar a otros polisacáridos de menor tamaño: la amilosa es una cadena lineal, no ramificada, de moléculas de glucosa unidas por enlaces α(1→4), mientras que los fragmentos donde quedan las ramificaciones forman otro polisacárido llamado amilopectina, aunque hay que tener claro que estas moléculas solo se forman durante la digestión. La prolongación de la hidrólisis da lugar a la formación de una mezcla de disacáridos (maltosa) y trisacáridos (maltotriosa).

Otros polisacáridos de interés biológico son los siguientes:

• Los dextranos son polisacáridos que sirven como moléculas de reserva de energía en levaduras. Están formados por moléculas de glucosa unidas mediante enlaces α(1→6), con ramificaciones cuya posición varía de unas especies a otras.
• La quitina es un homopolisacárido que tiene como monómero un aminoglucósido (una sustancia derivada de un monosacárido), la N-acetilglucosamina. Las moléculas que lo forman se unen entre sí mediante enlaces β(1→4). Es el constituyente de los caparazones de los insectos y de la pared celular de los hongos.

En cuanto a los heteropolisacáridos, los más conocidos son los siguientes:

• Ácido hialurónico: está formado por dos tipos de derivados de monosacáridos, N-acetilglucosamina y ácido D-glucorónico, dispuestos alternativamente a lo largo de la cadena. Se encuentra en las articulaciones y en el tejido conjuntivo.
• Pectinas y hemicelulosas son heteropolisacáridos de diferentes azúcares, que aparecen como componentes minoritarios de la pared celular vegetal.
• Agar-agar, diferentes tipos de gomas, heparina (el anticoagulante de nuestro sistema circulatorio), aminoglucanos...

Holósidos y heterósidos

Los polímeros de glúcidos pueden unirse, además, a otros tipos de sustancias para formar lo que se conoce como heterósidos, en contraposición a los holósidos, formados exclusivamente por monosacáridos. La unión de glúcidos (en particular de oligosacáridos) y proteínas da lugar a una familia de compuestos conocida como glucoproteínas. Del mismo modo, la unión de oligosacáridos a lípidos da lugar a glucolípidos. La mayoría de los heterósidos están implicados en procesos de reconocimiento entre células del mismo organismo.

Funciones de los glúcidos

Los glúcidos pueden realizar diferentes tipos de funciones dentro del organismo. Las más importantes son:

• Función energética: su oxidación total o parcial es una reacción exotérmica, que puede ser utilizada por la célula para obtener energía que empleará en otros procesos metabólicos. Los monosacáridos (en especial la glucosa y la fructosa) proporcionan esta energía rápidamente: su degradación a través de la glucolisis o de la respiración celular es el proceso que la célula utiliza habitualmente para sintetizar ATP. Los polisacáridos (glucógeno en las células animales, almidón en las vegetales y dextranos en levaduras) actúan como auténticas reservas energéticas, que pueden ser movilizadas y utilizadas por la célula rápidamente en caso de necesidad, razón por la cual el almidón se encuentra en órganos de reserva vegetales (como la patata) o en las semillas, mientras que el glucógeno es abundante en las células musculares (que deben afrontar, en ciertas ocasiones, demandas elevadas de energía) o en el hígado (una de cuyas funciones consiste en proporcionar combustible, en forma de glucosa, al resto de los tejidos del organismo).
• Muchos glúcidos son intermediarios metabólicos. Esto significa que muchos de los compuestos intermedios que se utilizan en diferentes rutas metabólicas que permiten sintetizar otras sustancias celulares (nucleótidos, aminoácidos...) son glúcidos o derivados de ellos.
• Realizan también otras funciones metabólicas complementarias, ayudando a que otras moléculas desempeñen sus propias funciones. Este es el caso, por ejemplo, de la vitamina C (ácido ascórbico, un derivado de un monosacárido) que actúa como antioxidante.
• Participan en todos los procesos de reconocimiento y señalización, tanto en el interior como en el exterior de las células. Dentro de una célula, sirven para indicar el compartimento celular al que tiene que dirigirse una molécula determinada. En el exterior de la célula facilitan el reconocimiento de unas células por parte de otras, permitiendo la discriminación entre los elementos propios y ajenos al organismo. Esta función es desempeñada, fundamentalmente, por oligosacáridos, en particular formando parte de heterósidos.
• Función estructural: muchos glúcidos forman parte de macromoléculas o de estructuras que proporcionan soporte mecánico a las células, por ejemplo la pared celular de los vegetales, de los hongos o de las bacterias. Esta función es desempeñada tanto por monosacáridos como por polisacáridos. Entre los monosacáridos, la ribosa y la desoxirribosa forman parte del esqueleto de los ácidos nucleicos. Entre los polisacáridos, muchos de ellos intervienen en estructuras de soporte celular, como paredes: celulosa, hemicelulosas, pectinas, agar-agar...

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.