Introducción a los Carbohidratos: Tipos y Roles Esenciales

Definición de Glúcidos

Los glúcidos, también conocidos como carbohidratos o hidratos de carbono, son biomoléculas orgánicas formadas fundamentalmente por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O). Químicamente, se caracterizan por poseer un grupo carbonilo (un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno mediante un doble enlace). Este grupo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o un grupo cetónico (-CO-). Por ello, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (moléculas con múltiples grupos hidroxilo -OH y un grupo aldehído o cetona).

Clasificación de los Glúcidos

Los glúcidos se clasifican según su complejidad en:

• Monosacáridos: Son los glúcidos más simples, constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. No pueden ser hidrolizados a glúcidos más sencillos.
• Oligosacáridos: Están formados por la unión de 2 a 10 unidades de monosacáridos mediante enlaces glucosídicos. Los más importantes y abundantes son los disacáridos (formados por dos monosacáridos).
• Polisacáridos: Son macromoléculas formadas por la unión de más de 10 monosacáridos (generalmente cientos o miles).

Monosacáridos

Los monosacáridos son las unidades básicas de los glúcidos. No pueden descomponerse en unidades más pequeñas mediante hidrólisis. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de átomos de carbono (triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, etc.).

Propiedades Físicas

• Son sólidos cristalinos.
• Generalmente de color blanco.
• Son solubles en agua debido a la polaridad de sus grupos hidroxilo.
• Tienen sabor dulce, por lo que comúnmente se les llama azúcares.

Propiedades Químicas

• Poseen carácter reductor debido a la presencia del grupo carbonilo (aldehído o cetona), que puede oxidarse a grupo carboxilo (-COOH). Esta propiedad es la base de la reacción de Fehling.
• Pueden asociarse con grupos amino (-NH2) para formar aminoglúcidos.
• La presencia de carbonos asimétricos (carbonos unidos a cuatro sustituyentes diferentes) les confiere actividad óptica (desvían el plano de la luz polarizada).

Tipos según el número de carbonos

Los monosacáridos más comunes tienen entre 3 y 7 átomos de carbono. Los principales son:

Triosas (C3H6O3)

Existen dos tipos principales: el gliceraldehído (una aldotriosa) y la dihidroxiacetona (una cetotriosa). Son intermediarios clave en el metabolismo celular, especialmente en la degradación de la glucosa (glucólisis). El gliceraldehído posee un carbono asimétrico y, por tanto, actividad óptica, mientras que la dihidroxiacetona no.

Tetrosas (C4H8O4)

Un ejemplo importante es la eritrosa (una aldotetrosa), que participa en rutas metabólicas como la vía de las pentosas fosfato. Tiene dos carbonos asimétricos.

Pentosas (C5H10O5)

Las más relevantes biológicamente son:

• Ribosa: Componente estructural del ARN (ácido ribonucleico) y del ATP (adenosín trifosfato).
• Desoxirribosa: Componente estructural del ADN (ácido desoxirribonucleico). Difiere de la ribosa en que carece de un átomo de oxígeno en el carbono 2'.
• Ribulosa: Una cetopentosa que interviene en la fijación del dióxido de carbono durante la fase oscura de la fotosíntesis (ciclo de Calvin).

Hexosas (C6H12O6)

Son los monosacáridos más abundantes y energéticamente importantes. Destacan:

• Glucosa: La principal fuente de energía para las células (aldohexosa).
• Galactosa: Forma parte de la lactosa (azúcar de la leche) y de glucolípidos y glucoproteínas (aldohexosa).
• Fructosa: Presente en frutas y miel, es el azúcar más dulce (cetohexosa).

(Nota: La unión de monosacáridos forma disacáridos: glucosa + glucosa = maltosa; glucosa + galactosa = lactosa; glucosa + fructosa = sacarosa)

Enlaces Glucosídicos

Los monosacáridos pueden unirse entre sí o a otras moléculas mediante enlaces covalentes específicos.

Enlace N-Glucosídico

Se forma entre un grupo hidroxilo (-OH) de un glúcido (generalmente el carbono anomérico) y un compuesto aminado (-NH2 o >NH). Este enlace es fundamental en la estructura de los nucleósidos y nucleótidos (componentes de los ácidos nucleicos).

Enlace O-Glucosídico

Es el enlace característico que une monosacáridos entre sí para formar oligosacáridos y polisacáridos. Se establece entre el grupo hidroxilo del carbono anomérico (el carbono del antiguo grupo carbonilo) de un monosacárido y un grupo hidroxilo (-OH) de otro monosacárido (o de otra molécula como un alcohol), liberándose una molécula de agua (reacción de condensación).

• Si en el enlace interviene el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y un hidroxilo no anomérico del segundo, se establece un enlace monocarbonílico. El disacárido resultante conserva el carácter reductor si el carbono anomérico del segundo monosacárido queda libre.
• Si intervienen los grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos, el enlace se denomina dicarbonílico. El disacárido resultante pierde su carácter reductor.

Disacáridos

Están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico (monocarbonílico o dicarbonílico). Son solubles en agua y generalmente dulces. Los disacáridos más abundantes e importantes son:

• Maltosa: Glucosa + Glucosa (enlace α(1→4) monocarbonílico). Azúcar de malta.
• Lactosa: Galactosa + Glucosa (enlace β(1→4) monocarbonílico). Azúcar de la leche.
• Sacarosa: Glucosa + Fructosa (enlace α(1→2)β dicarbonílico). Azúcar común de mesa, obtenido de la caña de azúcar o remolacha. No es reductor.

Polisacáridos

Son polímeros de alto peso molecular formados por la unión de muchos monosacáridos (generalmente glucosa) mediante enlaces O-glucosídicos. Son insolubles o poco solubles en agua y no tienen sabor dulce. Pueden desempeñar funciones estructurales o de reserva energética.

• Función estructural: Suelen presentar enlaces β-glucosídicos, que confieren rigidez a la molécula. Ejemplos: celulosa y quitina.
• Función de reserva energética: Suelen presentar enlaces α-glucosídicos, que son más fáciles de hidrolizar para liberar glucosa. Ejemplos: almidón y glucógeno.

Almidón

Es la principal reserva energética de las plantas y también la principal fuente de glucosa en la dieta de muchos animales. Se almacena en forma de gránulos en plastos (amiloplastos). Está formado por dos tipos de polímeros de glucosa:

• Amilosa: Cadena lineal de glucosas unidas por enlace α(1→4).
• Amilopectina: Cadena ramificada de glucosas con enlaces α(1→4) en la cadena principal y enlaces α(1→6) en los puntos de ramificación.

El almidón se hidroliza fácilmente por enzimas como las α-amilasas (presentes en la saliva y jugo pancreático), que rompen los enlaces α-glucosídicos.

Glucógeno

Es el polisacárido de reserva de glucosa en los animales. Constituye el equivalente al almidón vegetal. Se almacena principalmente en el hígado (para mantener la glucemia) y en los músculos (como fuente rápida de energía para la contracción muscular). Su estructura es similar a la amilopectina, pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 glucosas). Se hidroliza fácilmente para liberar glucosa cuando el organismo la necesita.

Celulosa

Es un polisacárido con función estructural en las plantas, siendo el componente principal de la pared celular vegetal. Es el polímero orgánico más abundante en la Tierra. Está formado por largas cadenas lineales de glucosa unidas por enlaces β(1→4). Esta configuración le confiere una gran resistencia y rigidez. La mayoría de los animales no pueden digerir la celulosa, ya que carecen de la enzima celulasa.

Quitina

Es un polisacárido estructural similar a la celulosa, pero el monómero es la N-acetilglucosamina (un derivado de la glucosa) unido por enlaces β(1→4). Es el componente principal del exoesqueleto de los artrópodos (insectos, crustáceos) y de la pared celular de los hongos.

Funciones Fisiológicas de los Glúcidos

Los glúcidos desempeñan múltiples funciones esenciales en los seres vivos:

• Función energética: La glucosa es el combustible celular por excelencia, aportando energía inmediata al organismo a través de su oxidación (respiración celular).
• Función de reserva energética: El almidón (en plantas) y el glucógeno (en animales) almacenan grandes cantidades de glucosa para su uso posterior.
• Función estructural: La celulosa y la quitina proporcionan soporte y rigidez a células y organismos.
• Función de reconocimiento y señalización: Los oligosacáridos, unidos a proteínas (glucoproteínas) o lípidos (glucolípidos) en la superficie celular, actúan como marcadores para el reconocimiento celular, la adhesión celular y la respuesta inmunitaria.
• Función precursora: Los monosacáridos y sus derivados son precursores para la síntesis de otras biomoléculas importantes, como aminoácidos, lípidos y ácidos nucleicos.
• Función organoléptica: Monosacáridos como la fructosa y disacáridos como la sacarosa son responsables del sabor dulce de muchos frutos, lo que atrae a los animales y facilita la dispersión de las semillas.