Carbohidratos: Definición, Estructura, Clasificación y Funciones Biológicas Esenciales

Definición, Estructura y Clasificación de los Carbohidratos

Los carbohidratos, químicamente, son definidos como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, siendo derivados de la fórmula empírica (CH₂O)_n. Se clasifican de acuerdo con el número de unidades que los forman en:

• Monosacáridos
• Disacáridos
• Trisacáridos
• Oligosacáridos (de 6 a 12 unidades de azúcar)
• Polisacáridos

Monosacáridos: Aldosas, Cetosas e Isomería

Los monosacáridos son químicamente aldosas y cetosas. Según el número de carbonos que tenga la molécula, se denominan triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas, octosas, etc. El número de esteroisómeros de estas moléculas se puede obtener conociendo el número de carbonos quirales que presenten.

Dos azúcares que se diferencian en la configuración de un solo átomo de carbono específico se denominan epímeros. Por ejemplo, D-glucosa y D-manosa son epímeros respecto al carbono 2, así como D-glucosa y D-galactosa son epímeros respecto al carbono 4.

Los isómeros de los monosacáridos que solo difieren entre sí en la configuración del carbono carbonílico se llaman anómeros, y el carbono se denomina carbono anomérico.

Formación de Estructuras Cíclicas y Mutarrotación

Algunos sacáridos en disolución acuosa tienden a formar estructuras cíclicas, comportándose como si poseyeran un centro asimétrico más. La molécula de D-glucosa en solución se encuentra formada por 1/3 de α-D-glucosa y 2/3 de β-D-glucosa. Estos isómeros corresponden a estructuras cíclicas. Este hecho origina el fenómeno de mutarrotación, que consiste en el cambio de la rotación óptica [α]_D debido a la formación de una mezcla en equilibrio.

Oligosacáridos y Polisacáridos

Oligosacáridos: Enlace Glucosídico

Los oligosacáridos se forman a partir de monosacáridos por medio del enlace glucosídico, el cual se establece entre un grupo OH del carbono anomérico de una molécula de monosacárido y otro grupo alcohólico de otro monosacárido.

Polisacáridos: Tipos y Función

Los polisacáridos se forman principalmente a partir de unidades de: D-glucosa, D-manosa, D-fructosa, D y L-galactosa, D-xilosa, D-arabinosa. Los homopolisacáridos se forman por un solo tipo de azúcar, mientras que los heteropolisacáridos se forman por más de un tipo de azúcar. Los polisacáridos tienen un peso molecular alrededor de 500.000 y su hidrólisis ácida o enzimática genera monosacáridos y derivados de ellos. Se clasifican de acuerdo con su función en:

• Reserva (ej. almidón, glucógeno)
• Estructural (ej. celulosa, quitina)

Hidrólisis Enzimática de Polisacáridos (Glucógeno y Almidón)

La hidrólisis enzimática del glucógeno se realiza a través de las siguientes enzimas:

• α-amilasa: Se encuentra en el jugo pancreático y la saliva. Hidroliza enlaces al azar. Las maltosas producidas no son atacadas por esta enzima.
• β-amilasa: Se encuentra en la malta. Libera unidades sucesivas de maltosa a partir del extremo no reductor.

Es importante destacar que ambas enzimas (α-amilasa y β-amilasa) no hidrolizan los enlaces α-(1→6).

El almidón se encuentra en las formas de α-amilosa y amilopectina.

Rol Biológico de los Carbohidratos

Los carbohidratos desempeñan roles vitales en los organismos:

• Almacenamiento de energía.
• Elemento estructural.
• Participación en moléculas complejas y vitales para el organismo.
• Componentes de paredes celulares de bacterias.