glucidos

Hidratos de Carbono Página 1 de 28

HIDRATOS DE CARBONO CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN Desde el punto de vista químico, los hidratos de carbono son aldehídos o cetonas polihidroxilados, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción, sustitución o polimerización. Este nombre proviene de la nomenclatura química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladas respondían a la fórmula general Cn(H2O)m. Sin embargo, esta denominación no es muy correcta, ya que esa fórmula sólo describe a una ínfima parte de este grupo de biomoléculas. Desde 1996, la IUPAC recomienda la denominación de carbohidratos y desaconseja el nombre de hidratos de carbono. Este importante grupo de biomoléculas ha recibido, entre otros, los siguientes nombres:

• Azúcares: este término sólo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular (azúcar) se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.

• Sacáridos (de la palabra latina que significa azúcar), aunque el azúcar común es uno sólo de los centenares de compuestos distintos que pueden clasificarse en este grupo.

• Glúcidos o glícidos (de la palabra griega que significa dulce), pero son muy pocos los que tienen sabor dulce. Estos términos se suelen emplear indistintamente, pero cuando se utilizan como prefijos, se aconseja el término glico- para referirse a carbohidratos en general (por ejemplo, glicoproteína) y gluco- para el caso concreto de la glucosa (por ejemplo, gluconeogénesis).

A partir de ahora los denominaremos indistintamente como hidratos de carbono (HC) o glícidos. Un aspecto importante de los HC es que pueden estar unidos covalentemente a otro tipo de moléculas, formando glicolípidos, glicoproteínas (cuando el componente proteico es mayoritario) (Figura 1a), proteoglicanos (cuando el componente glicídico es mayoritario) (Figura 1b) y peptidoglicanos (en la pared bacteriana) (Figura 1c). Atendiendo a su estructura, los HC se pueden clasificar en 5 grupos: 1.- Monosacáridos simples 2.- Monosacáridos derivados 3.- Oligosacáridos 4.- Polisacáridos simples 5.- Polisacáridos derivados


FUNCIONES BIOLÓGICAS 1.- ENERGÉTICA Los HC son compuestos con un grado de reducción suficiente como para ser buenos combustibles. Además, la presencia de funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. Por este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los HC como combustibles de uso inmediato. La combustión de 1g de HC produce unas 4 Kcal. La degradación de los HC puede tener lugar:

• en condiciones anaerobias (fermentación): Todas las células vivas conocidas son capaces de obtener energía mediante la fermentación de la glucosa, lo que indica que esta vía metabólica es una de las más antiguas.

• en condiciones aerobias (respiración): Tras la aparición de los primeros organismos fotosintéticos y la acumulación de oxígeno en la atmósfera, se desarrollaron las vías aerobias de degradación de la glucosa, más eficientes desde el punto de vista energético, y por lo tanto seleccionadas en el transcurso de la evolución.

En las plantas, mediante la fotosíntesis se fija el carbono en forma de HC. Los HC que no se utilizan de forma inmediata se almacenan en forma de almidón, un polisacárido que sirve de reserva energética de movilización rápida. En los animales, los HC se almacenan en forma de glucógeno (Figura 2). 2.- ESTRUCTURAL El papel estructural de los HC se desarrolla allí donde se necesiten matrices hidrofílicas capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón con una cierta resistencia mecánica:

• Las paredes celulares de plantas, hongos y bacterias están constituidas por HC o derivados de los mismos. La celulosa, que forma parte de la pared celular de las células vegetales es la molécula orgánica más abundante de la Biosfera (Figura 3a).

• El exoesqueleto de los artrópodos está formado por el polisacárido quitina

(Figura 3b).

• Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilaginoso) están constituídas por polisacáridos nitrogenados (los llamados glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos) (Figura 3c).


3.- INFORMATIVA Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células (Figura 4). Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos. Durante su síntesis, las proteínas se unen a una o varias cadenas de oligosacáridos que desempeñan varias funciones: (1) ayudan a su plegamiento correcto, (2) sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o para ser secretada (3) evitan que la proteína sea digerida por proteasas, o (4) aportan numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, ya que la repulsión entre cargas evita su agregación (Figura 5). 4.- DETOXIFICACIÓN En muchos casos, los organismos deben encargarse de eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Estos compuestos pueden ser de diversa procedencia:

• compuestos que se producen en ciertas rutas metabólicas, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (bilirrubina, hormonas esteroideas, etc.)

• compuestos producidos por otros organismos (los llamados metabolitos secundarios: toxinas vegetales, antibióticos, etc.)

• compuestos de procedencia externa (xenobióticos: fármacos, drogas, insecticidas, pesticidas, aditivos alimentarios, etc.)

Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con ácido glucurónico (un derivado de la glucosa) para hacerlos más solubles en agua y así eliminarlos fácilmente por la orina o por otras vías.

MONOSACÁRIDOS SIMPLES Los monosacáridos simples son aldehídos o cetonas polihidroxilados. Los monosacáridos con función aldehído se llaman aldosas y los monosacáridos con función cetona se llaman cetosas (Figura 6). Según la longitud de la cadena carbonada se distingue entre aldo- y cetotriosas, aldo- y cetotetrosas, aldo- y cetopentosas, etc. Con la excepción de la dihidroxiacetona, en todos los monosacáridos simples hay uno o varios carbonos asimétricos. En el caso más sencillo, el del gliceraldehído, hay un centro de asimetría, lo que origina dos conformaciones posibles: los isómeros D y L (Figura 7).


Para saber a qué serie pertenece cualquier monosacárido basta con representar su fórmula en proyección de Fischer y considerar la configuración del penúltimo carbono (que es el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional). La posición de su grupo OH a la derecha o a la izquierda determinará la serie D o L, respectivamente (Figura 7). Los isómeros D y L del gliceraldehído son imágenes especulares entre sí y, por tanto, se dice que son isómeros quirales, enantiómeros o enantiomorfos. Todas las aldosas se consideran estructuralmente derivadas del D- y L- gliceraldehído (Figura 8). Análogamente, las cetosas se consideran estructuralmente derivadas de la D- y L- eritrulosa (Figura 9). La casi totalidad de los monosacáridos presentes en la Naturaleza pertenece a la serie D. Los monosacáridos de la serie L son los isómeros especulares de sus homónimos de la serie D. Cuando la molécula posee más de un carbono asimétrico aumenta el número de isómeros ópticos posibles. El número de isómeros ópticos posibles es 2n, siendo n el número de carbonos asimétricos. En este caso, no todos los isómeros ópticos son imágenes especulares entre sí y se pueden distinguir varios tipos de isómeros ópticos (Figura 10):

• Cuando dos isómeros ópticos son imágenes especulares entre sí, se dice que son enantiómeros o enantiomorfos. Es el caso de la D-xilosa y L-xilosa

• Cuando dos isómeros ópticos no son imágenes especulares entre sí se dice que

son diastereoisómeros. Es el caso de La D-Alosa y la D-Altrosa

• Cuando dos isómeros ópticos difieren en la configuración de un único átomo de carbono, se dice que son epímeros. La D-glucosa y la D-galactosa son epímeros porque sólo difieren en la configuración del carbono 4.

Para nombrar cada isómero de forma inequívoca, la nomenclatura sistemática indica la configuración absoluta de cada carbono asimétrico (que puede ser R o S), según el sistema de Cahn Ingold y Prelog (ver tema 2). Sin embargo se suelen utilizar con más frecuencia los nombres vulgares de los monosacáridos. Así, la D-galactosa sería el (2R, 3S, 4S, 5R)-pentahidroxihexanal, y la D-fructosa sería la (3S, 4R, 5R)-pentahidroxi-2-hexanona. PROPIEDADES FÍSICAS La presencia de carbonos asimétricos en los monosacáridos les confiere la propiedad de desviar el plano de luz polarizada. Se dice que estos compuestos son ópticamente activos. La actividad óptica se mide mediante un instrumento llamado polarímetro (Figura 11). El ángulo de giro de la luz polarizada (poder rotatorio) se calcula mediante la siguiente fórmula:

α = [α]D20 · c · l


donde:

• α es el poder rotatorio (el ángulo de giro medido experimentalmente) • [α]D20 es el poder rotatorio específico de cada azúcar, medido a 20º C (es

un valor que se encuentra en tablas físicas) • c es la concentración del azúcar, en g/ml • l es la longitud del tubo del polarímetro, en dm

Los compuestos que desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha se llaman dextrógiros o dextrorrotatorios, y esa característica se indica anteponiendo el signo (+) al nombre del compuesto. Los compuestos que desvían el plano de luz polarizada hacia la izquierda se llaman levógiros o levorrotatorios, y esa característica se indica anteponiendo el signo (-) al nombre del compuesto. Los prefijos D y L (que indican la posición del OH del penúltimo carbono en la representación de Fischer) no tienen nada que ver con los signos (+) y (-) (que indican el carácter dextro/levorrotatorio de la molécula). Da la casualidad de que el D-gliceraldehído es dextrógiro (D-(+)-gliceraldehido) y de que el L-gliceraldehído es levógiro (L-(-)-gliceraldehido), pero existen compuestos que pertenecen a la serie D y que son levógiros, como la D-(-)-fructosa. ANOMERIZACIÓN La representación de la glucosa en las proyecciones lineales como la de Fischer no explica todas las características químicas de la glucosa. En primer lugar, la glucosa no da todas las reacciones propias de los aldehídos, y en segundo lugar, las disoluciones de D-glucosa presentan el fenómeno llamado mutarrotación. Cuando se disuelve en agua la D-glucosa cristalina su poder rotatorio varía gradualmente con el tiempo, hasta alcanzar un valor estable (+52,5º). Este fenómeno se llama mutarrotación. Además, se observa que, dependiendo del proceso seguido para la cristalización de la D-glucosa, el poder rotatorio inicial difiere considerablemente. Así, la D-glucosa recristalizada de piridina tiene un poder rotatorio inicial de +112,2º mientras que la recristalizada de alcohol tiene un poder rotatorio inicial de +18,7º. Ambas disoluciones, al cabo de 24 horas tienen el mismo valor: 52,5º. Estos datos experimentales pueden explicarse si suponemos que la glucosa en disolución forma un enlace hemiacetálico interno entre el grupo carbonilo y uno de los hidroxilos, originando una molécula cíclica. El enlace hemiacetálico crea un nuevo centro de asimetría en el carbono 1, con lo que cada molécula en forma abierta puede originar dos tipos de formas cerradas, que serán epiméricas en el carbono hemiacetálico (Figura 12a). Estos epímeros reciben el nombre de anómeros. Se distinguen los anómeros α y β, en función de que la configuración del carbono anomérico coincida o no con la del carbono que determina la pertenencia a la serie D o L. El carbono anomérico también se llama carbono reductor, aunque sus propiedades reductoras son menores que las de los aldehídos, ya que el grupo carbonilo está enmascarado por el enlace hemiacetálico.


La D-glucosa recristalizada de piridina está en un 100% en configuración anomérica α, y la recristalizada de alcohol está totalmente en configuración β. En disolución, se establece un equilibrio entre ambas formas, con el intermedio de la forma abierta. Al final, aproximadamente 1/3 de las moléculas están en forma α y 2/3 en forma β, con lo que el poder rotatorio observado es +52,5º (Figura 12a). En el caso de la glucosa, la formación de un enlace hemiacetálico da lugar a un anillo de 6 átomos (5C+O). Esta estructura recibe el nombre de glucopiranosa por su semejanza con el heterociclo pirano. La anomerización de las aldopentosas (como la D-ribosa) y de las cetohexosas (como la fructosa) da lugar a anillos de 5 átomos (4C+O) (Figura 12b). En este caso, se añade al nombre del azúcar el sufijo -furanosa, por su semejanza con el heterociclo del furano. Ejemplos son la D-ribofuranosa y la D-fructofuranosa. Piranosas y furanosas se representan mediante proyecciones de Fischer o más frecuentemente, mediante la perspectiva de Haworth (Figura 13). La relación entre ambas conformaciones es tal que:

• lo que se representa a la derecha de la cadena de carbonos en proyección de Fischer, en la de Haworth aparece por debajo del anillo

• lo que en Fischer aparece a la izquierda, en la de Haworth aparece hacia arriba. • una excepción a esta regla es el sustituyente en el último carbono asimétrico: en

este caso, el grupo -CH2OH queda por encima del anillo en proyección de Haworth.

• en el carbono anomérico, el OH en la forma α se representa hacia abajo, y el OH en forma β hacia arriba (Figura 12a).

CONFORMACIÓN En el caso de los anillos furanósicos, los ángulos de enlace, que en el pentágono regular serían de 108º resultan muy próximos a los 109,5º que presentan las valencias del carbono tetraédrico no distorsionado. Por ello, las tensiones del anillo son muy pequeñas y en consecuencia, la estructura tridimensional se aproxima mucho a la fórmula plana (Figura 14). En el caso de los anillos piranósicos, al igual que con el ciclohexano, se mantienen los ángulos de enlace del carbono tetraédrico, y como consecuencia, se produce un anillo sin tensión que puede adoptar la conformación en silla o bote. En ambas conformaciones, los átomos de carbono no son coplanares con el anillo, y existe libre rotación entre los enlaces, al ser todos simples. Al igual que en el ciclohexano, la conformación en silla es la más estable, porque todos los carbonos contiguos (tomados dos a dos) están en conformación alternada, lo que disminuye las interacciones entre los sustituyentes. Sin embargo, a diferencia del ciclohexano, las dos conformaciones en silla no son equivalentes. Se distinguen la silla 4C1 (o silla C1) y la silla 1C4 (o silla 1C) (Figura


14a). La existencia de sustituyentes voluminosos (grupos OH y CH2OH) en el anillo hace que resulten favorecidas las conformaciones silla que presenten un máximo de sustituyentes voluminosos en disposición ecuatorial. En la molécula de glucosa la conformación en forma silla presenta todos los grupos OH en posición ecuatorial. De esta manera se maximiza la posible interacción con disolventes acuosos a través de puentes de hidrógeno. Esta peculiaridad estructural de la glucosa puede explicar en parte por qué su estructura ha sido favorecida por la evolución frente a 15 posibilidades de otras tantas hexosas (Figura 14b). MONOSACÁRIDOS SIMPLES DE INTERÉS BIOLÓGICO TRIOSAS En la vía metabólica de degradación anaeróbica de la glucosa (glucolisis) hay dos importantes intermediarios: el D-gliceraldehído (aldotriosa) y la dihidroxiacetona (cetotriosa). Al igual que los demás monosacáridos, estas dos triosas no aparecen como tales, sino como sus ésteres fosfóricos (Figura 15). TETROSAS De forma ocasional, aparecen en alguna vía metabólica. Ejemplos de aldotetrosas son la D-eritrosa y la D-treosa. Un ejemplo de cetotetrosa es la D-eritrulosa (Figura 16). PENTOSAS Son de especial interés las aldopentosas D-ribosa y su derivado 2-D-desoxirribosa, constituyentes fundamentales de los ácidos nucleicos. Otras aldopentosas que se encuentran en la Naturaleza son la D-xilosa, que forma parte de los xilanos de la madera, la L-xilosa, la D-arabinosa y la L-arabinosa. Entre las cetopentosas, la D-ribulosa y la D-xilulosa aparecen como intermediarios metabólicos (en forma de ésteres fosfóricos) (Figura 17). HEXOSAS Aldohexosas de interés biológico son (Figura 18):

• D-glucosa: es el monosacárido más abundante en la naturaleza. Se encuentra como tal en el zumo de uva, en el suero sanguíneo y en el medio extracelular. Forma parte de los polisacáridos, tanto de reserva como estructurales, y constituye la base del metabolismo energético, ya que todos los seres vivos son capaces de metabolizar la glucosa. En nuestro organismo hay células (hematíes y neuronas), que sólo pueden obtener energía a partir de la glucosa.


• la D-galactosa: es un constituyente del disacárido lactosa, carbohidrato principal de la leche y del trisacárido rafinosa (en las alubias). También forma parte de los oligosacáridos de la superficie celular que están presentes en las glicoproteínas y en los glicolípidos (cerebrósidos y gangliósidos).

• D-manosa: aparece en multitud de oligosacáridos de la superficie celular que se encuentran unidos a proteínas o a lípidos.

En cuanto a las cetohexosas, la D-fructosa está presente en casi todas la frutas (sobre todo en manzanas y tomates), a las que confiere su sabor dulce y también es muy abundante en la miel. La D-fructosa es levorrotatoria, y de ahí que también reciba el nombre de levulosa. Sus ésteres fosfóricos también son importantes intermediarios metabólicos (Figura 18).

MONOSACÁRIDOS DERIVADOS 1.- DERIVADOS POR OXIDACIÓN Los extremos de la cadena carbonada de los monosacáridos pueden oxidarse para dar ácidos carboxílicos:

• Si la oxidación tiene lugar en el carbono 1 se obtienen los ácidos aldónicos • Si la oxidación tiene lugar en el carbono 6 se obtienen los ácidos urónicos. • Si la oxidación tiene lugar en los carbonos 1 y 6 se obtienen los ácidos aldáricos

Así, a partir de la glucosa se pueden obtener los ácidos glucónico, glucurónico y glucárico, respectivamente (Figura 19). Los ácidos aldónicos se pueden fosforilar en el carbono 6. Es el caso del ácido 6-fosfoglucónico, un importante intermediario metabólico en la vía de las pentosas fosfato. El grupo carboxilo de los ácidos aldónicos puede reaccionar con el hidroxilo en δ de la propia molécula. La formación de un enlace éster intramolecular da lugar a una estructura cíclica denominada lactona. En este caso concreto se trata de una δ-aldonolactona. Un ejemplo es la 6-fosfo- δ-gluconolactona, un intermediario metabólico en la vía de las pentosas fosfato (Figura 19). Los ácidos urónicos son parte esencial de importantes polisacáridos. El ácido glucurónico se une por enlace acetal a numerosas sustancias liposolubles, facilitando su solubilización en agua y su posterior eliminación. Estos ácidos también se pueden fosforilar.


2.- DERIVADOS POR REDUCCIÓN Las aldosas y cetosas, por reducción del grupo carbonilo del carbono anomérico da lugar a polialcoholes (alditoles) (Figura 20). Son alditoles de interés biológico el sorbitol (glucitol), derivado de la glucosa, el manitol (derivado de la manosa) y el ribitol, derivado de la ribosa. El glicerol (derivado del gliceraldehído) es un constituyente esencial en muchos lípidos, y su éster fosfórico es un importante intermediario metabólico. Un polialcohol cíclico de extraordinario interés es el inositol, que forma parte de un tipo de lípidos de membrana (los fosfatidilinositoles), cuya hidrólisis da lugar a diversos inositolfosfatos, señales químicas de gran importancia en los procesos de control y regulación de la actividad celular (Figura 20). 3.- DESOXIDERIVADOS La sustitución de un OH alcohólico por un H da lugar a los desoxiderivados. Son desoxiderivados de especial interés la 2-D-desoxirribosa (Figura 18) que forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA), la 6-desoxi-L-manosa (ramnosa), que forma parte de la ouabaína, un glicósido cardiotónico muy tóxico que algunas tribus africanas utilizan como veneno en la punta de sus flechas y la 6-desoxi-L-galactosa (fucosa) (Figura 21). 4.- AMINODERIVADOS La sustitución de un grupo OH de los monosacáridos por un grupo amino (NH2) da lugar a los aminoderivados. La sustitución suele producirse en el carbono 2, y el grupo amino siempre está N-sustituído (lo más frecuente es que esté N-acetilado). Son de especial interés la N-acetil-D-glucosamina y la N-acetil-D-galactosamina, que aparecen en oligosacáridos complejos de la superficie celular y en polisacáridos nitrogenados de los tejidos conectivos (Figura 22). El ácido murámico (Figura 22) es una hexosamina que contiene un residuo de lactato unido al carbono 3 por un enlace éter. Forma parte del peptidoglicano de las paredes celulares bacterianas. Algunos aminoderivados son especialmente complejos, porque son cetosas (contienen un grupo ceto), son derivados por oxidación (contienen grupos carboxilos) y desoxiderivados (han perdido grupos OH). Es el caso del ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico) y sus derivados (Figura 22). Los ácidos siálicos aparecen con gran frecuencia en los oligosacáridos de la superficie celular (tanto en glicoproteínas como en glicolípidos) donde cumplen importantes funciones:


• participan en fenómenos de reconocimiento celular • forman parte de receptores de virus o anticuerpos • confieren carga negativa a la superficie celular

5.- ÉSTERES FOSFÓRICOS El ácido ortofosfórico o los ácidos polifosfóricos pueden formar ésteres con los grupos OH (alcohólico o hemiacetálico) de los monosacáridos. Estos ésteres fosfóricos son las formas en que el metabolismo celular maneja los monosacáridos. Así, la forma metabólicamente activa de la glucosa es la glucosa-6-fosfato (Figura 23). La esterificación con grupos fosfato:

• introduce cargas negativas en una molécula que normalmente no posee carga eléctrica, facilitando su interacción con enzimas o con otras estructuras celulares

• evita que la glucosa pueda salir de la célula • permite que se sigan manteniendo los gradientes de concentración de glucosa

entre el interior y el exterior de la célula NOMENCLATURA ABREVIADA DE LOS MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos (tanto los simples como los derivados) se pueden unir entre sí para formar oligosacáridos o polisacáridos. Para describir la composición de éstos se utiliza frecuentemente una abreviatura para describir los monosacáridos constituyentes. Algunas de las abreviaturas más comunes son Glc (glucosa), Gal (galactosa), Fru (fructosa), GlcNAc (N-acetilglucosamina), GalNAc (N-acetilgalactosamina), etc. La Figura 24 muestra más ejemplos.

OLIGOSACÁRIDOS Los oligosacáridos son polímeros de monosacáridos con escaso número de monómeros. La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glicosídicos. Pertenecen a este grupo a los polímeros de hasta 20 unidades de monosacárido, pero los más abundantes con diferencia, son los disacáridos, oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. EL ENLACE GLICOSÍDICO Compuestos con grupos OH, NH2 y SH pueden reaccionar con el OH hemiacetálico del carbono anomérico de un monosacárido, con pérdida de una molécula de agua para formar los compuestos llamados generalmente glicósidos. El enlace acetálico establecido


se llama enlace glicosídico. Según la naturaleza del grupo reaccionante se distinguen O-glicósidos (a partir de un OH), N-glicósidos (a partir de un NH2) y S-glicósidos (a partir de un SH). El componente glicídico del glicósido se llama glicona, mientras que el grupo con el que reacciona recibe el nombre genérico de aglicona o genina. Así, un glicósido es una glicona (normalmente, un monosacárido) unido a una aglicona por medio de un enlace glicosídico). Cuando la aglicona es otro glícido, se trata de un glicósido holósido (Figura 23), y si es un compuesto distinto, se trata de un glicósido heterósido (Figura 24). Al formarse un enlace glicosídico:

• el carbono anomérico pierde su carácter reductor • se estabiliza la forma anomérica del monosacárido en la forma en que reaccionó

(desaparece el fenómeno de la mutarrotación) • aumenta la solubilidad de la aglicona, facilitando así la eliminación por la orina

de compuestos potencialmente tóxicos y poco solubles en agua El enlace glicosídico es susceptible a la hidrólisis ácida y a la acción de las enzimas llamadas glicosidasas (como la α-amilasa de la saliva) GLICÓSIDOS HETERÓSIDOS Son sustancias no reductoras que por hidrólisis ácida o enzimática dan uno o más azúcares (la glicona) y un componente no azucarado llamado aglicona o genina. Desempeñan funciones muy importantes en los seres vivos y una gran cantidad de los glicósidos que producen las plantas se emplean como medicamentos. Normalmente, la acción farmacológica está asociada a la genina, mientras que el papel del azúcar consiste en ayudar a la solubilidad. La acción farmacológica de los glicósidos heterósidos puede ser:

• a nivel del sistema cardiovascular (cardiotónicos): digitales, estrofantos • a nivel del aparato digestivo: genciana, corteza de naranjas amargas • purgantes (áloe, cáscara sagrada, frángula)

Hay varias formas de clasificar los glicósidos:

• En función de la glicona: así se distinguen los glucósidos, fructósidos, galactósidos, glucurónidos, ramnósidos, etc.

• En función del enlace: O-glicósidos, N-glicósidos, S- glicósidos, C-glicósidos, α-glicósidos, β-glicósidos


• En función de la aglicona: Según este criterio, se distinguen, entre otros, glicósidos de antraquinona, fenólicos, glucosinolatos, flavonoides, esteroideos, de cumarina y cianógénicos

Desde el punto de vista bioquímico, la clasificación más apropiada es la que se basa en la naturaleza química de la aglicona. Vemos algunos ejemplos. 1.- Glicósidos de antraquinona En estos glicósidos, la glicona es la glucosa o la ramnosa, mientras que la aglicona es un derivado de la antraquinona (una quinonas tricíclicas derivada del antraceno), que a menudo contienen uno o más grupos hidroxilo. Pueden utilizarse como colorantes (ácido carmínico) o como laxantes o purgantes, según la dosis administrada (senósidos, cascarósidos, aloinósidos) (Figura 25). 2.- Glicósidos fenólicos simples Son los que en su hidrólisis liberan una glicona (generalmente glucosa) y una genina que consiste en un compuesto fenólico sencillo. Son ejemplos (Figura 26):

• arbutina: Por hidrólisis origina glucosa e hidroxiquinona. Se utiliza como antiséptico de las vías urinarias en caso de uretritis o cistitis, para blanquear la piel y como filtro solar.

• salicina: A partir de la corteza del sauce se obtiene el salicósido o salicina, un glicósido que por hidrólisis libera glucosa y saligenina o alcohol salicílico. En 1897 Felix Hoffmann sintetizó el ácido acetilsalicílico (aspirina) a partir del ácido salicílico obtenido a partir del salicósido

• glucovainillina: A partir de la vainilla se obtiene el vainillósido o glucovanillina, que por hidrólisis genera glucosa y vainillina, que es el compuesto fenólico que produce su olor característico. En tiempos de los aztecas se utilizaba para aromatizar el chocolate, y hoy en día se usa con ese mismo fin. También se usa en confitería y perfumería como aromatizante.

3.- Glucosinolatos (tioglicósidos) Son S-glicósidos en los que la glicona es β-D-tioglucosa y la aglicona es una oxima sulfatada. Constituyen un mecanismo de defensa para la planta (Figura 27). Los glucosinolatos son inocuos, pero cuando la planta está siendo devorada por un animal o digerida por un rumiante, enzimas como la mirosinasa (que se encuentra separada físicamente de los glucosinolatos) entra en contacto con estos compuestos, generando glucosa, ácido sulfúrico y compuestos volátiles como tiocianatos, isotiocianatos o nitrilos. Estos compuestos pueden causar molestias al animal y, además, atraer a animales depredadores para los que se están comiendo la planta.


La sinigrina es la sal potásica del mironato, un S-glicósido que se encuentra en las semillas de la mostaza (marrón o negra), en la raíz del rábano picante, en las coles de bruselas y en el broccoli (brécol) (Figura 27). Cuando la enzima mirosinasa hidroliza la sinigrina se libera alil-isotiocianato. Este compuesto:

• puede provocar una gastroenteritis mortal en el animal que está comiendo la planta

• es responsable del sabor y olor característico de la mostaza, de los rábanos picantes y del wasabi (mostaza verde japonesa)

• es responsable del efecto anticancerígeno de las coles de Bruselas Hay otros tioglicósidos que se utilizan con mucha frecuencia en el laboratorio (Figura 27):

• El n-octil-β-D-tioglucopiranósido: es un detergente no iónico que se utiliza para la solubilización de proteínas de membrana.

• El isopropiltiogalactósido (IPTG): es un inductor artificial de la expresión de genes recombinantes

4.- Glicósidos flavonoides Los flavonoides incluyen todos los compuestos fenólicos cuyo esqueleto está formado por quince carbonos, distribuidos en tres anillos: dos anillos bencénicos de 6 carbonos (A y B), conectados mediante un anillo heterocíclico C que puede ser pirano o pirona (si tiene un doble enlace en la posición 4) (Figura 28). Se pueden encontrar en forma libre o unidas a azúcares formando heterósidos. Las gliconas que aparecen con más frecuencia son D-glucosa, D-galactosa, L-ramnosa, L-arabinosa, D-xilosa y D-glucurónico. Pueden aparecer como O-heterósidos o como C-heterósidos. Las geninas son insolubles en agua pero en forma de heterósido se vuelven hidrosolubles. En plantas se han descrito más de 5000 flavonoides naturales y en función de su estructura química se han clasificado en 6 grupos: flavonas, isoflavonas, flavonoles, flavanoles, flavanonas y antocianidinas. Son ejemplos de glicósidos flavonoides (Figura 28):

• Hesperidina: Se encuentra principalmente en la cáscara de los cítricos (naranjas y limones). La glicona es el disacárido reductor rutinosa, formado por una ramnosa (6-desoxi-L-manosa) unida a una glucosa mediante un enlace glicosídico de tipo (1β 6). La aglicona o genina es una flavonona denominada hesperitina. Además de reducir los niveles de colesterol, se le atribuyen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y anticancerígenas

• Naringina: Se encuentra principalmente en el pomelo y es la responsable de su sabor amargo. Su estructura es parecida a la de la hesperidina. La glicona es la rutinosa. La aglicona o genina es una flavonona denominada naringenina. Además de reducir los niveles de colesterol, se le atribuyen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y anticancerígenas.


• Rutina: Se encuentra en el trigo, cítricos, té negro y la piel de la manzana. La glicona es el disacárido reductor rutinosa. La aglicona o genina es un flavonol denominado quercetina. Tiene efectos vasoprotectores. También tiene propiedades antioxidantes y antiinflamatorias.

• Quercitrina: Se encuentra en el trigo, cítricos, té negro y en la piel de la manzana y de la uva (también aparece en el vino). La glicona es una molécula de ramnosa (6-desoxi-L-manosa) y la aglicona o genina es un flavonol denominado quercitrina.

• Antocianinas: Son antocianidinas glicosiladas. Los azúcares pueden ser glucosa, galactosa, ramnosa o arabinosa, y pueden presentar diversas acilaciones. Constituyen los pigmentos de las plantas y dan color a las flores, a los frutos y las hojas (especialmente en el otoño). Su coloración varía en función del número de grupos hidroxilo y del pH. También se utilizan como colorantes alimentarios (E-163) o como indicadores de pH. Tienen propiedades antioxidantes.

5.- Glicósidos esteroideos Son aquéllos cuya aglicona presenta un núcleo esteroideo. Se distinguen dos clases de glicósidos esteroideos:

• glicósidos cardiotónicos: incrementan la fuerza de contracción del corazón • saponinas: se caracterizan por su acción detergente

Glicósidos cardiotónicos La glicona está formada por entre uno y cuatro monosacáridos. Los monosacários que podemos encontrar son: L-ramnosa, D-glucosa, D-digitoxosa, D-digitalosa, D-diginosa, D-sarmentosa, L-vallarosa y D-fructosa (casi siempre en conformación β). No afecta a la actividad biológica, ya que su papel consiste en incrementar la solubilidad de la molécula. Las agliconas o geninas cardiotónicas son las responsables de su actividad biológica:

• Cuando el anillo lactónico es pentagonal (una γ-butirolactona insaturada) se trata de un cardenólido. Es el caso de la digoxina, digitoxina, ouabaína y estrofantina (Figuras 29a y 29b).

• Cuando el anillo es de tipo hexagonal (una alfa-pirona) se tienen los bufadienólidos. Es el caso de la bufalina que se encuentra en el veneno de los sapos (bufo = sapo) (Figura 29c).

Saponinas Las saponinas (del latín: sapo = jabón) son glicósidos de esteroides, alcaloides esteroides (que poseen una función nitrogenada) o triterpenos. Se encuentran en plantas y las tribus sudamericanas prehispánicas las utilizaban por sus propiedades detergentes y como veneno para peces. Hoy en día se utilizan mucho en medicina por sus efectos


expectorantes. Las gliconas más frecuentes son glucosa, sacarosa, arabinosa, ramnosa, xilosa y ácidos urónicos relacionados. Las geninas se llaman sapogeninas, y son prácticamente insolubles en agua. En función de la estructura de la sapogenina las saponinas se dividen en:

• saponinas esteroideas (triterpenoide tetracíclico, con 27 carbonos), también llamadas saponinas neutras. Son ejemplos la dioscina (ñame mejicano) y los ginsenósidos (ginseng).

• saponinas triterpénicas pentacíclicas, (con 30 carbonos) también llamadas saponinas ácidas. Un ejemplo es la glicirricina (regaliz).

6.- Glicósidos de cumarina Melilotus oficinalis (meliloto o trébol de olor) es una hierba forrajera que se utiliza para alimentar el ganado y que contiene el glicósido melilitósido. La glicona es una molécula de glucosa y la aglicona es el ácido cumarínico (Figura 30). Las glicosidasas de la propia planta rompen el enlace glicosídico del melilotósido para formar glucosa y cumarina (por lactonizacion del ácido cumarínico). Ciertos hongos transforman la cumarina en dicumarol, que actúa como anticoagulante. Un derivado del dicumarol, la warfarina, se utilizaba como raticida hasta que se descubrió accidentalmente que en humanos tenía una actividad anticoagulante mucho mayor que el dicumarol. Hoy en día es el antiocoagulante oral más utilizado en medicina. 7.- Glicósidos cianogénicos Este tipo de glicósidos se aisló por primera a vez a partir del hueso de los albaricoques. También se encuentra en las semillas y en los huesos de manzanas, cerezas, melocotones, cerezas, almendras, papaya y nectarinas. La glicona puede ser un monosacárido (glucosa) o un disacárido como la gentibiosa (Glc(1β 6)Glc) o vicianosa (Ara(1β 6)Glc). La genina es un derivado del mandelonitrilo (2-hidroxi-fenilacetonitrilo). Actúan como una defensa química de la planta, ya que su hidrólisis por parte de las β-glicosidasas de las bacterias intestinales origina HCN. Uno de los más conocidos es la amigdalina, un compuesto al que se le atribuyen propiedades antitumorales, aunque no está demostrado. Su uso está prohibido en los Estados Unidos, ya que su ingestión produce envenenamiento por cianuro. A pesar de ello, hay gente que viaja a Tijuana (Méjico) para someterse a tratamiento o que lo compra por Internet.


GLICÓSIDOS HOLÓSIDOS DISACÁRIDOS Cuando el enlace glicosídico se forma entre dos monosacáridos, el holósido resultante recibe el nombre de disacárido (Figura 32). Esta unión puede tener lugar de dos formas distintas:

• En el primer caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con un OH alcohólico de otro. Así, el segundo azúcar presenta libre su carbono anomérico, y por lo tanto seguirá teniendo propiedades reductoras, y podrá presentar el fenómeno de la mutarrotación. Los disacáridos así formados se llaman disacáridos reductores (Figura 33). A la hora de nombrarlos sistemáticamente, se considera monosacárido principal al que conserva su carbono anomérico libre, y se le antepone como sustituyente (entre paréntesis) el monosacárido que aporta su carbono anomérico al enlace glicosídico. Así, la maltosa (dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición α de una y el OH del C4 de otra) será la 4-O-(α-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa. Esta denominación se abrevia como sigue: Glc(1α 4)Glc. Entre ellos están la maltosa, la isomaltosa, la celobiosa y la lactosa.

• En el segundo caso, el carbono anomérico de un monosacárido reacciona con el

carbono anomérico del otro monosacárido. Así se forma un disacárido no reductor (Figura 34), donde no queda ningún carbono anomérico libre y que tampoco podrá presentar mutarrotación. En este caso, el enlace no es, estrictamente hablando, acetálico. Ejemplos son la sacarosa y la trehalosa.

DISACÁRIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO La maltosa está formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición α de una y el OH del C4 de otra (Figura 33). Su nombre sistemático es 4-O-(α-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa, o abreviado, Glc(1α 4)Glc. No existe como tal en la Naturaleza, y se obtiene a partir de la hidrólisis del almidón (un polisacárido de reserva en vegetales). La isomaltosa también está formada por dos glucosas, y difiere de la anterior en que el enlace glicosídico se forma entre el OH del C1 en posición α de una y el OH del C6 de la otra (Figura 33). Su nombre sistemático es 6-O-(α-D-glucopiranosil)-D-glucopiranosa, o abreviado, Glc(1α 6)Glc. La celobiosa no existe como tal en la Naturaleza y se obtiene a partir de la hidrólisis de la celulosa, un polisacárido que forma parte de la pared celular en las plantas superiores. Está formada por dos glucosas unidas por el OH del C1 en posición β de una y el OH del


C4 de otra (Figura 33). Su nombre sistemático es 4-O-(β-D-glucopiranosil)--D-glucopiranosa o, abreviado, Glc(1β 4)Glc. La lactosa está formada por glucosa y galactosa. El OH del C1 en posición β de la galactosa está unido al OH del C4 de la glucosa (Figura 33). Su nombre sistemático es 4-O-(β-D-galactopiranosil)-D-glucopiranosa, o abreviado, Gal(1β 4)Glc. Este azúcar se encuentra como tal en la leche. Las personas que sufren de intolerancia a la lactosa carecen de la enzima lactasa, o β-D-galactosidasa, (que todos tenemos durante la lactancia). Al no poder metabolizar la lactosa, el consumo de leche les provoca trastornos intestinales (cólicos, diarreas, flatulencia, etc). Sin embargo, sí pueden consumir productos lácteos en los que la leche esté parcialmente digerida (yogures, quesos, etc). La trehalosa es un disacárido no reductor formado por dos α-D-glucopiranosas: Glc(1α↔1α)Glc (Figura 34). La sacarosa es el azúcar común o azúcar de caña. Es la forma usual de reserva hidrocarbonada de muchas plantas y se encuentra en el néctar de las flores, de forma que es un componente básico para la elaboración de la miel. Está formada por glucosa y fructosa unidas ambas por sus carbonos anoméricos. Es por tanto un disacárido no reductor (Figura 34). Para nombrarlo sistemáticamente hay dos opciones: o bien α-D-glucopiranosil-β-D-fructofuranósido (considerando la fructosa como monosacárido principal) o bien β-D-fructofuranosil)- α-D-glucopiranósido (si consideramos la glucosa como monosacárido principal). En forma abreviada se expresa como Glc(1α↔2β)Fru.

OLIGOSACÁRIDOS Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos. Si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico. Si no es reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH alcohólicos. Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general, oligosacáridos. Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos. La cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacáridos y polisacáridos ramificados. TRISACÁRIDOS La rafinosa es un trisacárido no reductor formado por galactosa, fructosa y glucosa (también se puede considerar que está formado por galactosa y sacarosa). Su nombre sistemático es β-D-fructofuranosil α-D-galactopiranosil (1 6) α-D-glucopiranósido o, en forma resumida: Gal(1α 6)Glc(1α↔2β)Fru (Figura 35). Se encuentra principalmente en las leguminosas, tales como soja, frijoles, garbanzos, cacahuetes, alubias, etc. No es hidrolizable por las enzimas humanas, pero sí puede ser fermentada


por los microorganismos de la flora intestinal, produciendo los gases responsables del efecto flatulento de algunos alimentos, como las alubias. OLIGOSACÁRIDOS Los oligosacáridos se encuentran formando parte de:

• las glicoproteínas solubles del citoplasma

• las glicoproteínas y glicolípidos que se encuentran en la cara exterior de la membrana plasmática (Figura 36)

Los oligosacáridos pueden unirse a las proteínas de dos formas (Figura 37):

• mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina (Ser/Thr) (Figura 37).

• mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina (Asn) (Figura 37).

Cuando los oligosacáridos se unen a lípidos, lo hacen mediante un enlace O-glicosídico con un grupo OH del lípido (Figura 38).

La unión y la estructura del oligosacárido son de tal manera que éste no presenta ningún grupo reductor libre. Algunos de los monosacáridos que se encuentran con más frecuencia formando parte de los oligosacáridos unidos a lípidos o proteínas son: β-D-glucosa, β-D-galactosa, β-D-manosa, β-D-xilosa, β-D-fucosa, N-acetilgucosamina, N-acetilgalactosamina y ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico) (Figura 39). Cuando los oligosacáridos se encuentran unidos a las glicoproteínas solubles del citoplasma pueden desempeñar varias funciones):

• ayudan a su plegamiento correcto, algo imprescindible para que puedan llevar a cabo su función

• confieren mayor estabilidad a las proteínas, facilitando su interacción con el medio

• Los residuos de ácido siálico, además de aportar numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, las protege de la acción de proteasas (proteínas que destruyen otras proteínas)

• En los peces que habitan en latitudes polares, existe una proteína anticongelante, presente en elevada concentración en los líquidos corporales de estos animales, y que se une a una gran cantidad de residuos de carbohidrato.

• sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o, en caso contrario, para ser secretada al exterior


Cuando los oligosacáridos forman parte de las glicoproteínas y glicolípidos que se encuentran en la cara exterior de la membrana plasmática desempeñan funciones relacionadas con el reconocimiento en superficie:

• determinan la individualidad antigénica tanto del tipo de tejido como del propio individuo. Así, las sustancias que determinan la especificidad del grupo sanguíneo de la superficie del hematíe son oligosacáridos complejos (Figura 40a). Muchos antígenos tumorales son oligosacáridos de la superficie celular.

• El complemento glicídico de las glicoproteínas varía también en función del

desarrollo ontogénico de los tejidos.

• La interacción de ciertos agentes patógenos (bacterias y virus) con las células huésped tiene lugar a través de las glicoproteínas (Figuras 4, 40b y 40c).

POLISACÁRIDOS La unión de muchas unidades de monosacáridos (más de 20) mediante enlaces glicosídicos da lugar a polímeros, algunos de ellos de elevadísimo peso molecular, llamados polisacáridos. Se dividen en dos grandes grupos: polisacáridos simples (si están formados a partir de monosacáridos simples) y polisacáridos derivados (si están formados a partir de polisacáridos derivados). También es posible distinguir entre homopolisacáridos, en los que siempre se repite el mismo monosacárido y heteropolisacáridos, compuestos por más de un monosacárido y que frecuentemente se presentan en forma de un copolímero ABABABAB, que puede considerarse como la repetición de un disacárido. Tanto unos como otros pueden ser polímeros lineales o ramificados. Desde el punto de vista funcional, encontramos polisacáridos de reserva como el almidón, el glucógeno y los dextranos, y polisacáridos estructurales como la celulosa, la quitina y los glicosaminoglicanos. La función informativa que caracteriza a los oligosacáridos no está presente en los polisacáridos, ya que su estructura repetitiva no contiene, obviamente, información. Los polisacáridos pueden unirse con las proteínas para dar lugar a los proteoglicanos del tejido conjuntivo y al peptidoglicano de la pared bacteriana.


POLISACÁRIDOS SIMPLES Están formados por la unión de más de 20 monosacáridos simples. Según su función, se dividen en dos grupos: los que tienen función de reserva y los que tienen función estructural. 1.- POLISACÁRIDOS SIMPLES CON FUNCIÓN DE RESERVA ALMIDÓN Constituye la forma más generalizada, aunque no la única, de reserva energética en vegetales. Se almacena en forma de gránulos, y puede llegar a constituir hasta el 70% del peso de granos (maíz y trigo) o de tubérculos (patata) (Figura 41). El análisis minucioso de la estructura del almidón demuestra que es una mezcla de otros dos polisacáridos: la amilosa y la amilopectina. La proporción de ambos polisacáridos varía según la procedencia del almidón pero, por lo general, la amilopectina es la más abundante (alrededor del 80% del total) (Figura 41). La amilosa (Figura 42) es un polímero lineal formado por unidades de α-D-glucopiranosa, unidas exclusivamente por enlaces (1α 4). El número de monómeros de la molécula depende de la procedencia del almidón: alrededor de 1000 en el caso de la patata y 4000 en el caso del trigo. La amilosa se disuelve fácilmente en agua, adquiriendo una estructura secundaria característica, de forma helicoidal, en la que cada vuelta de la hélice comprende 6 unidades de glucosa. El iodo se une a esta hélice y permite teñir el almidón de un color azul muy intenso (Figura 42). La amilopectina (Figura 43) tiene un peso molecular mucho mayor que la amilosa y puede contener cientos de miles o millones de monómeros de α-D-glucopiranosa. Es un polímero ramificado, en el que las cadenas principales están formadas por mosacáridos unidos mediante enlaces glicosídicos (1α 4) y donde cada rama se une a la cadena principal mediante enlaces glicosídicos (1α 6). Estas ramificaciones están regularmente espaciadas (cada 25-30 residuos de glucosa) y cada rama está formada exclusivamente por uniones (1α 4). Los almidones constituyen la principal fuente de carbohidratos para el ser humano. El almidón puede ser degradado por muchas enzimas. En los mamíferos, estas enzimas se llaman amilasas, y se producen sobre todo en las glándulas salivares y en el páncreas. GLUCÓGENO Es el polisacárido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentra en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada (Figura 44a). Su estructura es similar a la de la amilopectina, pero con


ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 monómeros de glucosa), y su peso molecular es mucho más elevado (Figura 44b). El mayor grado de ramificación del glucógeno es una adaptación a su función biológica. El enzima encargado de la degradación del glucógeno es la glucógeno fosforilasa, que empieza a degradar el glucógeno a partir de sus extremos no reductores, atacando las uniones (1α 4). Así, cuantas más ramificaciones haya en la molécula, mayor será el número de puntos posibles de ataque por parte del enzima, y la movilización de las reservas energéticas será más rápida (Figura 44b). DEXTRANOS Son polisacáridos de reserva producidos por ciertas bacterias. Consisten en cadenas de glucosa muy ramificadas, cuyo enlace predominante es (1α 6), pero que presenta ramificaciones (1α 2), (1α 3) y (1α 4), según las especies (Figura 45). El crecimiento de bacterias en la superficie de los dientes da lugar a la acumulación de dextranos, que constituyen una parte importante de la placa dental. En el laboratorio se utilizan frecuentemente como soportes para medios cromatográficos, como el Sephadex, que son cadenas de dextranos entrecruzadas con epiclorhidrina (Figura 45). 2.- POLISACÁRIDOS SIMPLES CON FUNCIÓN ESTRUCTURAL CELULOSA Se puede considerar como la molécula orgánica más abundante en la Naturaleza. Es un polímero lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces (1β 4) (Figura 46). Es muy estable químicamente e insoluble en agua. Las cadenas lineales de celulosa forman unas estructuras cristalinas denominadas microfibrillas, con un diámetro de entre 20 y 30 nm y formadas por unas 2000 moléculas de celulosa entre las cuales se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de cadenas de celulosa yuxtapuestas, haciéndolas impenetrables al agua, y originando unas fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales (Figura 47). XILANOS Los xilanos forman parte de un grupo de heteropolisacáridos que se encuentran asociados a la celulosa en la pared de las células vegetales y que reciben el nombre colectivo de hemicelulosas (Figuras 47, 48a y 48b). Son polímeros formados por 30-100 unidades de D-xilopiranosa unidas mediante enlaces (1β 4). Pueden presentar ramificaciones de L-arabinosa o de ácido 4-O-metil-D-glucurónico en el carbono 3 de la xilosa (Figura 49). Es uno de los principales constituyentes de la madera, de la corteza de los árboles y de la paja.


POLISACÁRIDOS DERIVADOS Son polímeros de elevada masa molecular, formados por la condensación acetálica de monosacáridos derivados. Forman un grupo bastante heterogéneo de polímeros. Atendiendo a criterios estructurales pueden dividirse en tres clases: 1.- Polímeros lineales formados por un sólo monómero 2.- Polímeros lineales formados por dos monómeros, en secuencia alternante 3.- Polímeros ramificados, de estructura compleja 1.- POLÍMEROS LINEALES FORMADOS POR UN MONÓMERO QUITINA Es el segundo polisacárido más abundante de la biosfera. Es muy parecido a la celulosa, aunque menos reactivo. Es un polímero lineal formado por unas 120 unidades de N-acetilglucosamina unidas mediante enlaces (1β 4) (Figura 50). Su función es estructural, ya que forma parte del exoesqueleto de los artrópodos (crustáceos, insectos, etc.) y de las paredes celulares de los hongos. El lufenuron (Figura 50) es una molécula que inhibe la síntesis de quitina y se utiliza como antipulgas para los animales domésticos (Figura 50). Se administra una vez al mes por vía oral y se acumula en la grasa del animal. Las pulgas lo ingieren cuando pican al animal y lo transmiten a sus huevos, que serán incapaces de desarrollar el exoesqueleto. A partir de la quitina, por deacetilación en medio básico, se puede obtener el quitosán. El grado de deacetilación oscila entre el 60 y el 100%. Este polímero tiene numerosas aplicaciones industriales y medicinales. PECTINAS Se encuentran en las paredes de las células vegetales, aunque en menor proporción que la celulosa. Son muy abundantes en la pulpa de la manzana y en la cáscara de los cítricos (la parte blanca). Son polímeros lineales formados por varios cientos de unidades de ácido D-galacturónico, parcialmente esterificado con metanol (grupos metoxilo), y unidas por enlaces (1α 4) (Figura 51). Según el grado de esterificación, se distinguen pectinas "de alto metoxilo" y pectinas "de bajo metoxilo". Cuando están formadas únicamente por ácido D-galacturónico se habla de homogalacturonano. En algunos casos, la cadena lineal de ácido D-galacturónico se interrumpe por la presencia de L-ramnosa (unida mediante enlaces 1α 2), de la que surgen ramificaciones con una longitud de entre 1 y


20 monosacáridos neutros (fundamentalmente D-galactosa, L-arabinosa o D-xilosa). En este caso, el polímero formado se llama ramnogalacturonano. La pectina es parte de la dieta normal del ser humano, aunque carece de valor nutritivo. Atraviesa el intestino de forma prácticamente intacta. Se trata, por tanto, de una fibra dietética soluble que da consistencia a las heces y también parece ayudar a reducir los niveles de colesterol. También se utilizan mucho en la industria alimentaria (fabricación de mermeladas) y en la gastronomía por sus propiedades gelificantes. 2.- POLÍMEROS LINEALES FORMADOS POR DOS MONÓMEROS (GLICOSAMINOGLICANOS) Los glicosaminoglicanos o mucopolisacáridos son polisacáridos propios de los tejidos animales de origen mesodérmico (conjuntivo, óseo, cartilaginoso), de los que forman parte importantísima la matriz extracelular. Con la excepción del ácido hialurónico, se presentan unidos covalentemente a proteínas, formando los complejos llamados proteoglicanos (Figuras 52a y 52b). No hay que confundir proteoglicano con glicoproteína. En los primeros, el componente glicídico es superior al 90%, mientras que en las segundas oscila entre el 5 y el 70%. La unión a la proteína es normalmente del tipo O-glicosídico. Sólo en el caso del queratán sulfato, la unión es de tipo N-glicosídico. La configuración general de los proteoglicanos admite tres tipos (Figura 52a):

• de tipo pequeño, donde una o dos cadenas de glicosaminoglicano se unen a una proteína de tipo globular

• de tipo grande, donde 10-20 cadenas de glicosaminoglicano se unen a una proteína de tipo fibroso con un dominio globular en el extremo

• de tipo muy grande, donde 100 cadenas de polisacárido se unen a una proteína de tipo fibroso con uno o dos dominios globulares en uno de sus extremos.

Normalmente forman un copolímero del tipo ABABAB..., que puede considerarse como la repetición de un disacárido (Figura 1b), formado por un ácido urónico (D-glucurónico o L-idurónico) unido por un enlace (1β 3) a un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalacatosamina). Este disacárido se une al siguiente por un enlace (1β 4). Son, por tanto, cadenas lineales donde alternan enlaces (1β 3) con enlaces (1β 4) (Figura 52a). Los residuos de monosacárido presentan grados variables de sulfatación. El sulfato esterificado a los OH alcohólicos aumenta el carácter polianiónico de estos polisacáridos haciendo que presenten una elevada densidad de carga eléctrica negativa, a diferencia de los polisacáridos vistos hasta ahora (Figura 52a).


ÁCIDO HIALURONICO También se le llama hialuronano. Se encuentra en abundancia en el humor vítreo del ojo, en el líquido sinovial de las articulaciones y en la matriz extracelular de los tejidos de origen mesodérmico (Figura 53). Está formado por ácido glucurónico y N-acetilglucosamina. Es el glicosaminoglicano de mayor peso molecular, con una longitud de cadena que puede alcanzar los 50.000 disacáridos básicos, con un peso molecular de hasta 2 x 107 dalton. No está sulfatado, y no está unido a proteínas (Figura 54). Cuando está en suspensión acuosa, las cargas negativas de los residuos de ácido glucurónico producen una repulsión electrostática que hace que la cadena se extienda de forma aleatoria, sin adoptar una estructura determinada (se dice que es un polímero estadístico extendido). Además, la abundancia de cargas negativas atrae a cationes como el Na+ que, al ser osmóticamente activos, atraen gran cantidad de agua y determina que esté extraordinariamente hidratado, ocupando un volumen importante del espacio intercelular. Es una verdadera "esponja molecular". La presencia de ácido hialurónico en la matriz extracelular constituye una eficaz barrera contra la difusión de macromoléculas. La particular virulencia de agentes patógenos como Clostridium histolyticum (causante de la gangrena gaseosa) se debe a que produce el enzima hialuronidasa, que degrada el ácido hialurónico y facilita la extensión de la infección (Figura 55). CONDROITÍN-SULFATO A Abunda en el tejido cartilaginoso, y es responsable de su elasticidad y de su resistencia a la compresión y a la tracción. También está presente en los huesos y en las válvulas del corazón. Está formado por ácido glucurónico y N-acetilgalactosamina 4-sulfato (Figura 56). La longitud de la cadena oscila entre 20 y 60 disacáridos básicos. Unido a proteínas, adopta la configuración de tipo pequeño. La presencia del sulfato aumenta la densidad de cargas negativas y su bajo peso molecular no impide la difusión de macromoléculas. CONDROITÍN-SULFATO C Se encuentra asociado al condroitinsultafo A. Está formado por ácido glucurónico y N-acetilgalactosamina 6-sulfato (Figura 56). DERMATÁN SULFATO (CONDROITÍN-SULFATO B) Se encuentra en la piel, en el cartílago de las articulaciones, los vasos sanguíneos y válvulas del corazón. También recibe el nombre de condroitín sulfato B. Se diferencia de los condroitín sulfatos A y C porque una parte del ácido glucurónico (aproximadamente


el 40%) se convierte en ácido idurónico por la epimerización del C5 y porque su peso molecular es ligeramente mayor. El disacárido básico está formado por ácido L-idurónico y N-acetilgalactosamina 4-sulfato (Figura 56), aunque también se puede encontrar N-acetilgalactosamina 6-sulfato. QUERATÁN-SULFATO Suele estar presente en tejidos avasculares o de difícil oxigenación como la córnea o los discos intervertebrales. Se une a proteínas como el agrecano (de 2397 aminoácidos), dando lugar a proteoglicanos con la configuración de tipo muy grande (Figura 57). La unión entre el glicosaminoglicano y la proteína es de tipo N-glicosídico. En las articulaciones, estas moléculas grandes y muy hidratadas actúan a modo de amortiguadores que absorben el shock mecánico. El disacárido básico está formado D-galactosa y N-acetilglucosamina 6-sulfato, unidos entre sí mediante enlaces (1β→4), con lo que su composición no se ajusta exactamente a la de un glicosaminoglicano típico. La longitud de la cadena es de unos 25 disacáridos (Figura 57) y puede contener proporciones variables de otros monosacáridos (fucosa, manosa, ácido siálico o galactosamina). HEPARÁN-SULFATO Se encuentra en todos los tejidos animales, tanto en la superficie celular como en la matriz extracelular. Se une a proteínas (sindecán, glipicán, perlecán, etc) para formar proteoglicanos (Figura 58). Interacciona con diversas proteínas para regular actividades biológicas relacionadas con el desarrollo, la angiogénesis (formación de vasos sanguíneos), la coagulación de la sangre y la metástasis tumoral. El disacárido básico está formado por (Figura 58):

• un ácido urónico: puede ser ácido idurónico o ácido glucurónico y con frecuencia se encuentra sulfatado en la posición 2

• una glucosamina: puede estar sulfatada en posición 3 ó 6 y además, en la posición N- puede estar sulfatada, acetilada o sin sustituir

Los dos monosacáridos se unen entre sí mediante enlaces del tipo (1β→4). La longitud de la cadena es de alrededor de 100 disacáridos.


HEPARINA Parecida al heparán sulfato, pero de mayor peso molecular (entre 6 y 40 kDa) y con mayor grado de sulfatación (Figura 59). De hecho es la biomolécula con mayor densidad de carga negativa que se conoce. Aunque su función biológica no está del todo clara, destaca por sus propiedades anticoagulantes. Se puede considerar que está formada por dos disacáridos alternantes:

• El primer disacárido: ácido L-irudónico-2-sulfato unido a una glucosamina (que puede estar sulfatada en posición O-3, O-6 o N-2) mediante un enlace (1β→4).

• El segundo disacárido: ácido D-glucurónico unido a una glucosamina (que

puede estar sulfatada en posición O-3, O-6 o N-2) mediante un enlace (1β→4).

• El primer disacárido se une al segundo mediante un enlace (1α→4). Destaca por sus propiedades anticoagulantes (Figura 60). Su poder anticoagulante se debe a que la proteína antitrombina se activa al unirse a la heparina. La antitrombina activada se une a la trombina, impidiendo que ésta polimerice el fibrinógeno de la sangre para formar el coágulo. Después, el complejo inactivo antitrombina-trombina se disocia de la heparina, que puede seguir con su actividad anticoagulante. 3.- POLÍMEROS RAMIFICADOS DE ESTRUCTURA COMPLEJA En función de que se puedan teñir o no por un procedimiento desarrollado por el microbiólogo danés Gram (1853-1938), las eubacterias se clasifican en Gram-positivas (como Staphylococcus aureus) y Gram-negativas (como Escherichia coli) Este distinto comportamiento se debe a diferencias en la composición de la pared celular bacteriana:

• Las Gram-positivas: se tiñen de color morado y tiene un aspecto liso al microscopio electrónico. Su pared celular está formada por peptidoglicano y por ácidos teicoicos (Figuras 61a y 61b).

• Las Gram-negativas: se tiñen de color rosado y tiene un aspecto rugoso al

microscopio electrónico. Su pared celular está formada por peptidoglicano y por lipopolisacárido (Figuras 62a y 62b).

PEPTIDOGLICANO (en Gram-positivas y Gram-negativas) La estructura del peptidoglicano (también llamado mureína) es ligeramente distinta en bacterias Gram-positivas y Gram-negativas (Figura 63). En Gram-positivas forma una capa mucho más gruesa que en Gram-negativas. En ambos casos está formado por:


• cadenas lineales de un polisacárido formado por residuos alternativos de N-

acetilglucosamina y N-acetilmurámico unidos mediante un enlace (1β→4)

• El N-acetilmurámico está unido a un tetrapéptido (segmento de 4 aminoácidos) que se caracteriza por poseer D-aminoácidos. La composición del tetrapéptido es ligeramente distinta en Gram-positivas y Gram-negativas.

• Los distintos tetrapéptidos están conectados entre sí, bien a través de puentes

de pentaglicina (pentapéptido formado por 5 glicinas), como ocurre en las Gram-positivas, bien directamente, como ocurre en las Gram-negativas.

De esta forma se genera una estructura rígida, con forma de jaula que rodea la totalidad de la célula, y que hace del peptidoglicano una de las moléculas de mayor tamaño que se conocen. La acción de antibióticos como la penicilina y la cefalosporina se basa en el hecho de que impiden la síntesis del peptidoglicano, y por tanto, de la pared bacteriana. ÁCIDOS TEICOICOS (en Gram-positivas) Junto a los peptidoglicanos, forman parte de la pared de bacterias Gram-positivas. Hay dos tipos (Figura 64):

• Los ácidos teicoicos: forman parte de la gruesa capa de peptidoglicano que rodea a la membrana plasmática y están directamente unidos a él mediante un enlace fosfodiéster. De este modo pueden conectar varias capas de peptidoglicano. Son polímeros de un polialcohol (glicerol o ribitol). Las moléculas de polialcohol se unen entre sí mediante enlaces éster con el ácido fosfórico, formando una cadena lineal. Tras polimerizar, los hidroxilos libres del polialcohol pueden estar glicosilados (con glucosa, galactosa o N-Acetilglucosamina) o esterificados con D-Alanina (Figura 64).

• Los ácidos lipoteicoicos: atraviesan totalmente la capa de peptidoglicano porque

están integrados en la membrana plasmática por medio de dos cadenas de ácido graso. Constan de un polímero lineal formado por entre 16 y 40 unidades de glicerol-fosfato, unido a un glicolípido que varía según las especies y que permite a la molécula integrarse en la membrana plasmática. Como en el caso de los ácidos teicoicos, el hidroxilo libre del polialcohol pueden estar glicosilado (con glucosa, galactosa o N-Acetilglucosamina) o esterificado con D-Alanina (Figura 65).


LIPOPOLISACÁRIDO (en Gram-negativas) Los lipopolisacáridos (LPS), junto con los peptidoglicanos, forman parte de la pared celular de las bacterias Gram-negativas. Tienen carácter anfipático, presentan carga negativa, y repelen moléculas hidrofóbicas. Son tóxicos para el hombre, y también se llaman endotoxinas. El LPS se compone de dos partes (Figura 66):

• El lípido A, que está formado por dos N-acetilglucosaminas (GlcNAc) fosforiladas. Las GlcNAc están unidas a 6 cadenas saturadas de ácido graso, que contienen algunos ácidos grasos poco frecuentes (como el ácido hidroximirístico) y que permiten anclar el PLS en la membrana externa de las bacterias Gram-negativas, como Escherichia coli.

• Una cadena de polisacárido compleja, en la que se distinguen dos regiones:

• el núcleo (core), un oligosacárido que está unido a una de las GlcNAc del

lípido A • el antígeno-O: una serie de 3 a 5 monosacáridos que se repiten (hasta 40

veces, en algunos casos), y que es distinto según las especies. Es el causante de la respuesta inmunológica que provocan estas bacterias.

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