Los glúcidosConcepto de glúcido

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas constituidas por átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción que indica su fórmula empírica: CnH2nOn. Pueden contener excepcionalmente átomos de otros elementos, como nitrógeno, azufre o fósforo. Se les puede llamar hidratos de carbono o carbohidratos.

Quimicamente, los glúcido pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas: son moléculas en las que los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (- OH), llamados también radicales hidroxilo, y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. Este grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o bien un grupo cetónico (-CO-).

A menudo se les denominan azúcares ya que muchos de ellos tienen sabor dulce.

Clasificación de los glúcidosLos glúcidos se clasifican según el número de cadenas polihidroxialdehídas o

polihidroxicetónicas que contengan.1. Monosacáridos u osas. Son los glúcidos constituídos por una sola cadena

polihidroxialdehída o polihidroxitetónica. Son los glúcidos más simples.2. Ósidos. Más de una cadena polihidroxialdehída o polihidroxicetónica. Se forman

por la unión de un número variable de monosacáridos e incluso pueden asociarse a otras moléculas diferentes, como lípidos o proteínas.

a) Holósidos. Son ósidos constituidos únicamente por la unión de monosacáridos u osas. Según el número de monosacáridos unidos, se diferencian:

Oligosacáridos. Contienen entre 2 y 10 monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos, que resultan de la unión de dos monosacáridos.

Polisacáridos. Están formados por múltiples unidades repetitivas de monosacáridos. Por su composición, se dividen en dos grupos: homopolisacáridos (se forman por la repetición de un único monosacárido) y heteropolisacáridos (cuando contienen más de un tipo de monosacárido).

b) Heterósidos. Son compuestos complejos que surgen de la combinación de un conjunto de monosacáridos con fracciones moleculares de naturaleza no glucídica, como proteínas, lípidos u otras moléculas orgánicas diversas.

Los monosacáridosLos monosacáridos son glúcidos constituidos por una sola cadena

polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica.Propiedades : Son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor

dulce. Todos los monosacáridos tienen carácter reductor: son capaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otras sustancias que al aceptarlos se reducen.

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Muchos glúcidos son capaces de reducir el licor de Fehling. Éste básicamente es una disolución, de color azul, de sulfato de cobre en agua (CuSO4 ---- Cu2+ + SO4

2-). Los iones Cu2+ al ganar electrones (al reducirse) pasan a iones Cu+, los cuales forman Cu2O que es insoluble y forma un precipitado de color rojizo. El cambio evidente, de color azul a rojo, se aprovecha para detectar la presencia de estos glúcidos y para valorar su concentración.Composición química: Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono; Se nombran añadiendo la terminación osa al número de carbonos (triosas, terrosas, pentosas, hexosas o heptosas).

Quimicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, polialcoholes (poseen varios grupos –OH) con un grupo aldehído (-CHO) o cetona (-CO).

Según su grupo funcional principal, se clasifican en: Aldosas: tienen un grupo aldehído en el C1 y

grupos hidroxilo en el resto de los carbonos. Cetosas: tienen un grupo funcional cetona en un

carbono interior de la cadena (C2) y grupos hidroxilo en el resto.Los monosacáridos se nombran anteponiendo el

prefijo aldo o ceto al nombre que indica su número de átomos de carbono seguido de la terminación osa. Por ejemplo, un monosacárido de tres átomos de carbono cuyo grupo funcional principal es un aldehído se denomina aldotriosa y será una cetotriosa si el grupo funcional es una cetona.Isomería: la isomería es una característica de muchos compuestos que, siendo diferentes, tienen la misma fórmula molecular. Los monosacáridos presentan con frecuencia esta característica.Existen distintos tipos de isomería:

Isomería de función. La presentan los compuestos que, como las aldosas y las cetosas, poseen idéntica fórmula molecular, pero son diferentes por tener grupos funcionales distintos. Es el caso del gliceraldehído y dihidroxiacetona, cuya fórmula molecular es C3H6O3.

Isomería espacial o estereoisomería. La presentan moléculas aparentemente iguales pero con diferentes propiedades, por tener sus átomos diferente disposición espacial. Se debe a la presencia de carbonos asimétricos (carbonos unidos a cuatro radicales diferentes entre sí). Son compuestos con la misma fórmula estructural pero se diferencian en la posición relativa de los átomos en el espacio. Es debido a que los átomos de carbono forman enlaces covalentes que están dirigidos espacialmente. En el caso de los monosacáridos, la posición del grupo –OH del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo permite diferenciar dos formas de estereoisómeros:

o La forma D cuando el –OH está a la derecha.o La forma L si el –OH queda a la izquierda.

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A la propiedad de comportarse como un objeto y su imagen especular se denomina quiralidad.Actividad ópticaLa presencia de carbonos asimétricos determina una importante propiedad de los monosacáridos en disolución: la actividad óptica. Esta es la capacidad de desviar el

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plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución. Cada molécula efectúa una rotación del plano de polarización un ángulo concreto hacia la derecha o hacia la izquierda.

Cuando la rotación es en el sentido de las agujas del reloj, se denominan dextrógiros o (+).

Cuando la rotación es contraria a las agujas del reloj, son levógiros o (-).Estos isómeros ópticos no se corresponden necesariamente con las moléculas estereoisómeras D y L; puede ocurrir que un estereoisómero D sea levógiro o dextrógiro, y lo mismo ocurre con un estereoisómero L.

Fórmulas linealesLa forma más frecuente de representar los monosacáridos en el plano es

mediante proyecciones de Fischer, en las que los enlaces simples forman ángulos de 90º. Se sitúa el grupo funcional principal en la parte superior y los grupos hidroxilo a la derecha o la izquierda.

Estructura de los monosacáridos en disolución: fórmulas cíclicasEl sistema empleado para representar la estructura de los monosacáridos,

conocido como proyección de Fischer, muestra moléculas lineales, es decir, de estructura abierta. Sin embargo, cuando los monosacáridos de cinco carbonos o más están disueltos (lo que ocurre siempre que se encuentran en un ser vivo), únicamente un porcentaje muy bajo forma estructuras abiertas. La mayoría de estos monosacáridos se presenta constituyendo moléculas cíclicas con anillos de cinco o seis átomos. Estas estructuras cíclicas se originan al reaccionar el grupo carbonilo con uno de los grupos hidroxilo. Se obtiene así un hemiacetal o un hemicetal intramolecular (según el grupo carbonilo sea un aldehído o una cetona, respectivamente).

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Como resultado de la ciclación, el carbono del grupo carbonilo (llamado ahora anomérico), pasa a ser asimétrico, y, por tanto, se originan dos nuevos estereoisómeros, que reciben el nombre de anómeros.

Debido a los ángulos de los enlaces del carbono (104,5º), sólo son estables los ciclos de cinco y de seis átomos. En estos ciclos, uno de los átomos siempre es oxígeno, y el resto, átomos de carbono. Los ciclos pentagonales se denominan furanosas y los hexagonales piranosas.

Los anómeros se diferencian en la posición del grupo hidroxilo unido al carbono anomérico. Si en la fórmula plana el grupo hidroxilo se representa hacia abajo, el anómero se denomina alfa, y si se representa hacia arriba, el anómero se llama β.

Para realizar la ciclación de una forma abierta (en proyección de Fischer), se suele seguir el método de proyección de Haworth:

1. La forma abierta de la molécula se gira 90º y se proyecta sobre un plano horizontal.

2. La molécula se representa plegada, lo cual se ajusta más a la realidad que la fórmula estirada de la proyección de Fischer. Puede comprobarse que, en esta situación, el carbono del grupo carbonílico se encuentra cercano al penúltimo carbono, el cual sufre una rotación, quedando el último carbono unido a él por encima del plano de proyección.

3. A continuación se cicla la molécula y se origina una estructura pentagonal o hexagonal.

4. los grupos –OH y –H situados en la proyección de Fischer a la derecha se colocan hacia abajo en la fórmula cíclica y los que estaban a la izquierda se sitúan hacia arriba.

5. El grupo hidroxilo del carbono anomérico puede situarse hacia abajo o hacia arriba. En el primer caso se obtiene el anómero alfa, y en el segundo, el β.

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En realidad, las estructuras cíclicas de la glucosa no son planas, sino que pueden adoptar dos conformaciones en el espacio: la conformación de nave y la conformación de silla. Ello se debe a que los enlaces se orientan en el espacio y no en el plano.Nomenclatura de pentosas y hexosas: El nombre del monosacárido ciclado debe indicar:

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1. El tipo de anómero (alfa o beta).2. El tipo de estereoisómero (D o L)3. El nombre de la molécula

(glucosa, galactosa, etc.).4. El tipo de estructura cíclica

(furanosa o piranosa).Importancia biológica de los monosacáridos

Los monosacáridos tienen gran interés, por ser los monómeros constituyentes de todos los glúcidos. También se presentan libres y actúan como nutrientes de las células para la obtención de energía, o como metabolitos intermediarios de importantes procesos biológicos, como la respiración y la fotosíntesis.Triosas: Son glúcidos con tres átomos de carbono. Hay dos triosas una que tiene un grupo aldehído (gliceraldehído) y otra que tiene un grupo cetónico (dihidroxiacetona). Participan como intermediarios en el metabolismo de la glucosa y de otros glúcidos.Tetrosas: son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas (treosa y eritrosa) y una cetotetrosa (eritrulosa).Pentosas: son glúcidos con cinco átomos de carbono.

Ribosa. Es un componente estructural de nucleótidos en estado libre, como el ATP, y de ácidos nucleicos, como el ARN.

Desoxirribosa. Es un componente estructural del ADN. Xilosa. Es un componente del polisacárido xilana, presente en la madera. Arabinosa. Se encuentra en la goma arábiga. Ribulosa. Desempeña un importante papel en la fotosíntesis (actúa como

intermediario activo en la fijación del CO2).Hexosas: son glúcidos con seis átomos de carbono.

Glucosa. También llamada azúcar de uva. Se encuentra en todos los vegetales, en forma libre en los frutos, o como polisacárido de reserva en el interior celular (almidón) o estructural en el exterior (celulosa). En los animales es el principal nutriente que, mediante la respiración celular, es degradado parcial o totalmente para obtener energía.

Galactosa. No se encuentra libre, forma parte de la lactosa (disacárido de la leche), de polisacáridos complejos y de heterósidos.

Fructosa. Se encuentra en las frutas libre o unida a la glucosa formando el disacárido sacarosa. Actúa en el líquido seminal como nutriente de los espermatozoides. En las células hepáticas se transforma en glucosa, por lo que tiene un valor nutritivo equivalente. Se denomina también levulosa, por ser una molécula fuertemente levógira.

Derivados de los monosacáridos Fosfatos de azúcares (ésteres fosfóricos): Son monosacáridos unidos

mediante un enlace éster a un grupo fosfato. Ejemplo: glucosa-6-fosfato, frutosa-1,6-difosfato.

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Aminoazúcares: Un grupo alcohol se sustituye por un grupo amino (-NH2). La D-glucosamina, la N-acetil-β-D-glucosamina (unidad molecular de la quitina), el ácido N-acetilmurámico (componente esencial de la pared bacteriana).

Desoxiazúcares: son monosacáridos que han perdido un grupo hidroxilo. Por ejemplo la 2-desoxirribosa.

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Los enlaces N-glucosídico y O-glucosídicoHay dos tipos de enlace entre monosacáridos y otras moléculas: el enlace N-

glucosídico, que se forma entre un –OH y un compuesto aminado, y el enlace O-glucosídico, que se realiza entre dos –OH de dos monosacáridos. Mediante el enlace N-glucosídico se forman aminoazúcares.

El enlace O-glucosídico es α-glucosídico si el primer monosacárido es α, y β-glucosídico si el primer monosacárido es β. Por ejemplo, entre el C1 de una α-D-glucopiranosa y el C4 de otra D-glucopiranosa (α o β) se establece un enlace tipo α(1 --- 4)

Enlace monocarboxílico: si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo alcohol del segundo monosacárido (de un carbono cualquiera no anomérico). Al quedar un carbono anomérico con el hemiacetal libre, el disacárido formado sigue teniendo la capacidad de reducir el reactivo de Fehling.. Por ejemplo, la maltosa, la celobiosa y la lactosa. La terminación del nombre del primer monosacárido es – osil y la del segundo monosacárido es – osa.

Enlace dicarbonílico: Si intervienen los grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, con lo que se pierde la capacidad de reducir el reactivo de Fehling, por ejemplo, la sacarosa. La terminación del nombre del primer monosacárido es – osil y la del segundo monosacárido es – ósido.

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PolisacáridosSon polímeros constituidos por la unión de muchos monosacáridos mediante

enlaces O-glucosídicos que originan largas cadenas moleculares, lineales o ramificadas. Cuando contienen una repetición de monosacáridos iguales se denominan homopolisacáridos; cuando están formados por monosacáridos diferentes son heteropolisacáridos.

Pueden contener enlaces glucosídicos tipo α o β. Los enlaces alfa son más débiles y se rompen y forman con gran facilidad, por lo que se encuentran en los polisacáridos con función de reserva (almidón o glucógeno). El enlace tipo β es mucho más estable y resistente, por lo que es característico de polisacáridos con función estructural, como la celulosa.

Los polisacáridos no se consideran azúcares, ya que carecen de sabor dulce y no tienen carácter reductor. Algunos, como la celulosa, son insolubles en agua; otros, como el almidón, forman dispersiones coloidales.Polisacáridos estructurales

Su función es proporcionar soporte y protección a diversas estructuras y organismos. Atendiendo a su composición, se distinguen:Homopolisacáridos

Celulosa. Polímero lineal de moléculas de β-D-glucosa con enlaces β (1 --- 4) (de 150 a 5000 moléculas de celobiosa). Entre las glucosas de una misma cadena se establecen enlaces de hidrógeno intracatenarios. Además, las cadenas lineales se disponen en paralelo, y se mantienen estrechamente unidas unas con otras mediante puentes de

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hidrógeno intercatenarios. Esta configuración confiere a la celulosa una estructura de gran resistencia. La unión de unas 60 o 70 cadenas de celulosa forma la llamada micela de celulosa. A su vez, la asociación de 20 o 30 micelas da lugar a una microfibrillas, que se pueden unir con otras para originar fibras (250 microfibrillas) que forman capas o láminas en dirección alternante y constituyen el entramado esencial de la pared celular vegetal.La celulosa es insoluble en agua y solo puede ser hidrolizada totalmente a glucosa por algunas enzimas (celulasas) producidas por microorganismos, como las bacterias de la flora intestinal de los animales herbívoros o los protozoos que viven en el intestino de las termitas.

Quitina. Polímero lineal del N-acetil-β-D-glucosamina con enlaces β (1 --- 4). Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Su estructura es similar a la de la celulosa y, como ella, forma capas alternas.

Heteropolisacáridos Pectinas. Se encuentran en la pared de las células vegetales, donde forman

una matriz en la que se disponen las fibras de celulosa. Hemicelulosas. Se encuentran en la pared celular de las células vegetales. Agar-agar. Se extrae de las algas rojas o rodofíceas. Es muy hidrófilo y se utiliza

en microbiología para preparar medios de cultivo. Goma arábiga. Es una sustancia segregada por las plantas para cerrar sus

heridas. Peptidoglucanos o mureína. Forman parte de la pared bacteriana. Glucosaminoglucanos. Se encuentran en la matriz extracelular de los tejidos

conectivos.Polisacáridos de reserva

Las células necesitan cantidades variables de energía que obtienen preferentemente a través de la degradación de la glucosa. Los seres vivos almacenan este monosacárido en forma de polisacárido de reserva que se acumula en gránulos insolubles en el citoplasma celular. Este tipo de almacenamiento no provoca aumento de la presión osmótica, como ocurriría si se almacenaran moléculas libres de glucosa.

Los polisacáridos de reserva de mayor interés biológico son: Almidón. Es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales. Está

formado por una mezcla de dos componentes con diferentes estructuras:o La amilasa (30%), constituida por cadenas largas no ramificadas de

moléculas de α-D-glucosas unidas mediante enlaces α(1 --- 4), que adoptan un arrollamiento helicoidal.

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o La amilopectina (70%), muy ramificada, con un esqueleto de monómeros de α-D-glucosa con uniones α(1 --- 4) y puntos de ramificación con enlaces α(1 --- 6) cada 15 o 30 monómeros.

El almidón se encuentra en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganos de reserva de las plantas, como tubérculos o raíces, y en las semillas.El almidón se hidroliza por enzimas específicas llamadas amilasas que se sintetizan en la mayoría de los organismos y rinde glucosa, maltosa y fragmentos que contienen los puntos de ramificación en α(1 --- 6). Los fragmentos que contienen las ramificaciones requieren además de enzimas desramificadoras capaces de hidrolizar el enlace α(1 --- 6) que tampoco es atacado por las amilasas.

Glucógeno. Es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Su constitución es similar a la de las cadenas de amilopectina, con enlaces α(1 --- 4), aunque posee más ramificaciones en α(1 --- 6), aproximadamente una cada 8 o 12 monómeros. Se almacena en forma de gránulos en el hígado y en los músculos esqueléticos.

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HeterósidosLos heterósidos son moléculas de enorme variedad constituidas por un glúcido

unido a otra molécula no glucídica denominada aglucón. Atendiendo a la naturaleza de la fracción no glucídica, se distinguen las siguientes clases:Glucolípidos

Los glucolípidos están constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos (ceramida). Generalmente se encuentran en la zona externa de la membrana celular, que junto a las glicoproteínas forman el glucocalix. Los más conocidos son los cerebrósidos y los gangliósidos.

Los cerebrósidos son glucolípidos formados por la unión mediante enlace β-O-glucosídico de la ceramida (aglucón) y un monosacárido como la glucosa o la galactosa.

Los gangliósidos son glucolípidos en los que la ceramida se une a un oligosacáridos ramificado.Los glucolípidos son moléculas de

membrana presentes, fundamentalmente, en la superficie externa de las células del tejido nerviosa, aunque también existen en otros tejidos animales. Se piensa que intervienen en el reconocimiento celular, proporcionando a las células sus señas de identidad. Probablemente también tengan la función de receptores de moléculas extracelulares que actúen como señales. Glucoproteínas

La fracción no glucídica es una molécula de naturaleza proteica. Son moléculas formadas por una pequeña fracción glucídica (generalmente un 5% y como máximo un 40%) y una gran fracción proteica que se unen mediante enlaces fuertes (covalentes). Se diferencian de los peptidoglucanos y de los proteoglicanos porque en las glicoproteínas el porcentaje de proteína es mayor que el de glúcido. Las principales son: glicoproteínas de la sangre (protrombina y las inmunoglobulinas, fibrinógeno), las hormonas gonadotrópicas (FSH, TSH, LH), algunas enzimas ribonucleasas y las glicoproteínas de las membranas celulares.

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Glúcidos1.- ¿ Recuerdas cuáles son los bioelementos que forman parte de los glúcidos?. ¿Qué se entiende por hidrólisis de un compuesto?. ¿Por qué los disacáridos y polisacáridos son moléculas hidrolizables?.2.- Monosacáridos: concepto, nomenclatura, propiedades físicas y químicas.3.- ¿Desvía la dihidroxiacetona el plano de vibración de la luz polarizada?. ¿Por qué?. Escribe las fórmulas de la D-glucosa y de la L-glucosa.4.- ¿Cómo se denomina el enlace que se establece entre dos monosacáridos y qué grupos químicos intervienen?. ¿En qué formas se presenta?.5.- La D-glucosa es una aldohexosa. Explica: a) ¿Qué significa este término; b) ¿cuál es la importancia bioquímica de la glucosa?; c) ¿qué diferencia existe entre D y L glucosa y entre y D-glucopiranosa?6.- ¿Por qué el almidón, la celulosa o el glucógeno son polisacáridos diferentes si están formados por moléculas de D-glucopiranosa?.7.- ¿En qué se diferencian la amilosa y la amilopectina?.8.- ¿Qué son los heteropolisacáridos?. Cita alguno de ellos.9.- ¿Cuándo se origina un disacárido sin poder reductor?. ¿Influye el que el enlace sea o ?10. Indica cuál o cuáles de las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) Los productos finales de la hidrólisis de los glúcidos son las osas.b) Todos los monosacáridos tienen poder reductor, son dulces y solubles en agua.c) Todos los polisacáridos tienen poder reductor, pero no tienen sabor dulce ni son solubles en agua.d) Los glúcidos se encuentran en todos los seres vivos donde desempeñan una función energética, siendo la equivalencia calórica de unas 9 kcal/g.e) Algunos glúcidos tienen función estructural, siendo más importantes en los vegetales que en los animales.f) Un carbono asimétrico es aquel cuyas valencias están unidas a cuatro sustituyentes desiguales dos a dos.g) La ciclación de los monosacáridos da lugar a anillos pentagonales para la forma piranosa y hexagonales para la furanosa.

h) los isómeros tienen idéntica composición química e idéntica estructura molecular. i) La celulosa y la quitina son polisacáridos estructurales. j) El almidón es un componente básico de las paredes celulares vegetales k) la ósmosis es el paso de iones a través de la membrana plasmática. l) La quitina es un disacárido presente en las células vegetales m) Los puentes de hidrógeno y las interacciones iónicas son enlaces no covalentes n) El agua es un dipolo ñ) Todas las moléculas con carbonos asimétricos poseen esteroisómeros. o) El glucógeno es un lípido de reserva. p) La glucosa es un azucar reductor. q) En las membranas de las células animales se puede encontrar celulosa. r) La celulosa contiene enlaces β-glucosídicos entre sus unidades de glucosa.11. Un monosacárido con forma D es:

a) Dextrógiro b) Levógiro c) Cualquiera de los dos12. Señala cuál o cuáles de estas sustancias no tiene/n poder reductor:

a) Galactosa. d) Sacarosab) Fructosa. e) Lactosac) Maltosa.

13. Del enlace O-glucosídico es cierto que:a) Es un enlace éter entre dos grupos alcohólicos.b) Es alfa o beta según que la molécula que aporta el grupo carbonilo tenga una u otra conformación.c) Es mono o dicarbonílico, según que participen uno o dos carbonos carbonílicos.d) Las moléculas con enlace dicarbonílico no tienen poder reductor.

14. ¿Qué polisacárido se encuentra en?

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a) En las semillas y tubérculos. c) En el exoesqueleto de artrópodos.b) En la pared celular de las células vegetales. d) En el hígado y músculos

15. Agrupa de tres en tres, mediante una frase, los términos relacionados: monosacárido, lactosa, glucógeno, vegetal, cetosa, grupo cetónico, reserva, sacarosa, disacáridos, pared celular, polisacárido, celulosa.

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