Los carbohidratos — este nombre viene de la fórmula empírica de estos compuestos (CH2O)n — son aldehídos y cetonas de polialcoholes. Se clasifican en función del tipo y número de productos que se forman al hidrolizarse en medio ácido:
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Monosacáridos: carbohidratos que no pueden hidrolizarse.
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Disacáridos: al hidrolizarse producen dos monosacáridos
(iguales o diferentes). |
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Oligosacáridos: al hidrolizarse dan
de tres a diez moléculas de monosacáridos. |
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Polisacáridos: al hidrolizarse producen
más de diez moléculas de monosacáridos.
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En forma sólida son de color blanco, cristalinos, muy solubles en agua e insolubles en disolventes no polares. La mayoría tienen sabor dulce. Como hemos visto, no pueden ser hidrolizados en moléculas más sencillas. Son los azúcares más sencillos, son aldehídos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o más grupos hidroxilo.
Los monosacáridos pueden subdividirse en grupos según el número de átomos de carbono que poseen:
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Triosas (CH2O)3 |
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Tetrosas (CH2O)4 |
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Pentosas (CH2O)5 |
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Hexosas (CH2O)6 |
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Heptosas (CH2O)7 |
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Octosas (CH2O)8 |
Pueden subdividirse, además, en aldosas y cetosas según tengan un grupo aldehído o ceto:
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| D-gliceraldehido |
D-eritrosa |
D-treosa |
D-ribosa |
D-arabinosa |
D-xilosa |
D-lixosa |
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| D-alosa
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D-altrosa
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D-glucosa
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D-manosa
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D-gulosa
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D-idosa
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D-galactosa
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D-talosa
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| Dihidroxiacetona
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D-eritrulosa
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D-ribulosa
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D-xilulosa
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| D-psicosa
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D-fructosa
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D-sorbosa
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D-tagatosa
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Los azúcares presentan estructura cíclica. El grupo carbonilo es un grupo muy reactivo y forma hemiacetales al reaccionar con un grupo –OH propio o de otra molécula. En el caso de que la cadena del azúcar sea lo suficientemente larga (4-6 átomos de carbono), uno de los grupos hidroxilo de la misma molécula puede reaccionar con el grupo carbonilo para formar un hemiacetal cíclico, que se halla en equilibrio con la forma de aldehído o de cetona libre. Los éteres de hidroxilo hemiacetálico reciben el nombre de glucósidos.
De esta forma, por ejemplo la glucosa, el monosacárido más común, se puede representar de tres maneras:
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Las estructuras cíclicas de estos monosacáridos pueden ser de tipo piranosa (anillo de 6 elementos) o de tipo furanosa (anillo de 5 elementos), la nomenclatura se debe a que son similares a las compuestos conocidos como pirano y furano:
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D-glucuronato
Un derivado carboxílico de la glucosa D-glucuronato, que forma parte de los glucurónidos y está presente en los glucosaminoglucanos.
-D-glucuronato
Aminoazúcares
Diversos grupos hidroxilo de los monosacáridos se pueden sustituir por grupos amino. Entre las más conocidas están la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-D-glucosa) y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa).
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Aminoazúcares ácidos
El ácido N-acetilmurámico, derivado de la N-acetil-glucosamina, participa en la formación de las paredes bacterianas y asegura así su rigidez.
N-acetilmurámico
Ácidos siálicos
El ácido neuramínico es una cetosa de nueve átomos de carbono que resulta de la condensación del ácido pirúvico con la D-manosamina. El ácido neuramínico no existe en estado libre, sino que siempre se presenta combinado (N-acetil, N-glucosil, O-acetil, O-glucosil). Estas combinaciones constituyen los ácidos siálicos.
N-acetilneuramínico
Los ácidos siálicos son de gran interés en biología. Intervienen en la formación de las glucoproteínas así como de los glucolípidos de las membranas celulares.
Ácido L-ascórbico
El ácido L-ascórbico es la vitamina C y es un compuesto muy reductor.
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| L-ascórbico |
L-dehidroascórbico |
Desoxiazúcares
Son azúcares en los que se ha sido eliminado el oxígeno de un grupo hidroxilo, dejando el hidrógeno. Entre los desoxiazúcuras tenemos 2-desoxirribosa es uno de los componentes fundamentales del ADN.
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| D-2-desoxirribosa |
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L-fucosa (6-desoxi-L-galactosa), forma parte de los poliósidos de la leche y las glucoproteínas. L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa) está presente en la pared de algunas células bacterianas y vegetales.
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| 6-desoxi-L-galactosa |
6-desoxi-L-manosa |
Inositoles o ciclitoles
Los inositoles o ciclitoles son derivados del ciclohexano en los cuales un hidrógeno de cada carbono ha sido reemplazado por un grupo hidroxilo.
Mioinositol
Los disacáridos son azúcares compuestos por dos residuos de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico (éter), con pérdida de una molécula de agua al realizarse dicha unión. El enlace glucosídico es la formación de un acetal entre el -OH anomérico de un monosacárido y un -OH de otro monosacárido; es estable frente a la acción de las bases, sin embargo se hidroliza frente a los ácidos.
Podemos hablar de dos grandes grupos de disacáridos dependiendo de la existencia o no de un -OH anomérico libre (es decir, si no entra o si entra a formar parte del enlace glucosídico):
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Reductores: presentan un -OH anomérico libre. |
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No
reductores: no
presentan ningún -OH anomérico libre. |
Los disacáridos se nombran indicando el lugar de formación
del enlace glucosídico, el tipo de configuración cíclica y el nombre de los
azúcares que intervienen. Por ejemplo, la lactosa es la 1-
-D-galactopiranosil-4-
-D-glucopiranosa:
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Los disacáridos más importantes son los que se detallan a continuación:
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Los oligosacáridos
al hidrolizarse dan
de tres a seis moléculas de monosacáridos. Así los trisacáridos están formados por la condensación de tres moléculas de monosacáridos.
Por ejemplo la radinosa que es -D-galactopiranosil [1
6] -D-glucopiranosil [12] -D-fructofuranosido es el azúcar de la remolacha.
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Los polisacáridos, también llamados poliósidos o glucanos, están formados por más de 10 residuos de monosacáridos. A continuación, se resumen las características más importantes de los principales tipos de polisacáridos.
Almidón
El almidón está formado por una cadena a-glucosídica, que es un polímero de glucosas unidas a través de enlaces
14, con enlaces 16 en los puntos de ramificación. Constituye la fuente más importante de
carbohidratos de los alimentos y se encuentra en cereales, patatas, legumbres
y otros vegetales. Los dos constituyentes principales del almidón son la amilosa
y la amilopectina.
La amilosa constituye de un 15 a un 20% del almidón y tiene estructura helicoidal no ramificada.
La amilopectina constituye un 80-85% del almidón y consiste en cadenas
muy ramificadas, de 24 o 30 residuos de glucosa unidos por enlaces 14
en las cadenas y por enlaces 16 en los puntos de ramificación.
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Glucógeno
El glucógeno es el polisacárido que se almacena en el
organismo animal, a veces se designa como almidón animal. El glucógeno posee
una estructura mucho más ramificada que la de la amilopectina, con cadenas
de 11 a 18 residuos de -glucopiranosa unidos por enlaces glucosídicos [14] y ramificaciones unidas a las cadenas por medio de
enlaces glucosídicos [16].
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Celulosa
La celulosa es un constituyente importante del armazón
de los vegetales. Consiste en unidades de -D-glucopiranosa
unidas por enlaces [14]
formando cadenas rectas y largas, reforzadas por enlaces cruzados de puentes
de hidrógeno. La celulosa no puede ser digerida por muchos mamíferos, incluyendo
el hombre (debido a la carencia de una hidrolasa que ataque el enlace
[14]).
En el intestino de los rumiantes y otros herbívoros existen microorganismos
capaces de hidrolizar estos enlaces ,
haciendo disponible la celulosa como fuente calórica importante para tales
animales.
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Quitina
La quitina es un tipo de polisacárido de gran importancia
estructural en los invertebrados. Se puede encontrar en los exoesqueletos
de crustáceos e insectos. Las unidades básicas son N-acetil-D-glucosaminas
unidas por enlaces [14] glucosídicos.
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Los glucosaminoglucanos (mucopolisacáridos) están constituidos por cadenas de carbohidratos complejos, caracterizándose por contener aminoazúcares y ácidos urónicos. Cuando estas cadenas se unen a una molécula de proteína, el compuesto se conoce como un péptidoglucano. Se encuentran relacionados con elementos estructurales de los tejidos animales, como la elastina y el colágeno o como el propio tejido óseo. Presentan la propiedad de retener grandes cantidades de agua y de adoptar una conformación extendida en disolución, por lo que son útiles a la hora de acojinar o lubricar; en la manifestación de estas propiedades es importante el gran número de grupos -OH y de cargas negativas de estas moléculas, lo que permite, por el establecimiento de fuerzas de repulsión, que se conserven relativamente separadas entre sí las cadenas de carbohidratos. Ejemplos de este tipo de polisacáridos son: el ácido hialurónico, el sulfato de condroitina y la heparina.
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Heparina:
2-sulfato de D-glucuronato
(14)
6 sulfato de N-sulfo-D-glucosamina (14) |
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Acido
hialurónico: D-glucuronato
(13)
N-acetil-D-glucosamina) (14) |
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4-Sulfato
de condroitina: D-glucuronato
(13)
N-acetil-D-glucosamina) (14) |
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Glucoproteínas (mucoproteínas)
Las glucoproteínas existen en muchas condiciones diferentes en los líquidos corporales y en los tejidos, incluso en las membranas celulares. Son proteínas que contienen carbohidratos en diversas proporciones, adheridos a ellas en forma de cadenas cortas o largas (más de 15 unidades), ramificadas o no. Dichas cadenas se denominan cadenas oligosacáridas.
-D-glucopiranosa
