7.- Glúcidos, Lípidos y Proteínas

Antes de desarrollar este tema, se muestra un esquema resumen, para poder entender de donde provienen los temas que se desarrollaran a continuación:

• GLÚCIDOS: Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C), hidrógeno (H+) y oxígeno (O2). Se les suele llamar hidratos de carbono o carbohidratos. Este nombre es en realidad poco apropiado, ya que se trata de átomos de carbono 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. El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

Clasificación de Glúcidos:

Monosacáridos: de 3 a 8 átomos de carbono.

Oligosacáridos: de 2 a 10 monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos, (unión de 2 monosacáridos).

Polisacáridos: de más de 10 monosacáridos.

1. Monosacáridos: Son glúcidos constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. Se nombran añadiendo la terminación –osa al número de carbonos; triosa (3C), tetrosa (4C), pentosa (5C), hexosa (6C) o heptosa (7C).

·       Propiedades físicas: son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. Su solubilidad en agua se debe a que presenta una elevada polaridad eléctrica.

·        Propiedades químicas: los glúcidos son capaces de oxidarse frente a otras sustancias que se reducen. Otra propiedad química de los glúcidos es su capacidad para asociarse con grupos amino –NH₂.

Además se les agrega el prefijo ceto o aldo de acuerdo a la función que posean.

Las pentosas y las hexosas suelen formar estructuras cíclicas. 

CICLACIÓN DE LA MOLÉCULA DE GLUCOSA

1.      Triosas

Son glúcidos formados por 3 átomos de carbono. Hay dos triosas: una que tiene un grupo aldehído y otra que tiene un grupo cetónico. La aldotriosa se llama gliceraldehído, y la cetotriosa se llama dihidroxiacetona. La fórmula empírica de ambas es C₃H₆O₃. El gliceraldehído tiene un átomo de carbono asimétrico, es decir, un carbono que tiene sus cuatro valencias saturadas por radicales diferentes. Se pueden distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el D-gliceraldehído, cuando el –OH está a la derecha, y el L-gliceraldehído, cuando el –OH está a la izquierda. Cada uno de estos isómeros espaciales es imagen especular no superponible del otro y se les denomina estructuras enantiomorfas. La presencia de carbonos asimétricos da a estas moléculas la propiedad de la actividad óptica. Al incidir sobre ellas un rayo de luz polarizada, se produce una desviación en el plano de polarización. Si lo desvían hacia la derecha, se llaman dextrógiras y se simbolizan con el signo (+), y si lo desvían hacia la izquierda, se denominan levógiras y se simbolizan con el signo (-).

2.      Tetrosas

Son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas, la treosa y la eritrosa, y una cetotetrosa, la eritrulosa.

3.      Pentosas

Son glúcidos de cinco átomos de carbono. En la naturaleza sólo se encuentran: la D-ribosa, la D-2-desoxirribosa, la D-xilosa, y la L-arabinosa. Entre las cetopentosas cabe citar la D-ribulosa, que desempeña  un importante papel en la fotosíntesis.

4.      Hexosas

Son glúcidos con seis átomos de carbono. Tienen interés en la biología la D-(+)-manosa, la D-(+)-galactosa y la D-(-)-fructosa.

Glucosa: es el glúcido más abundante. En la sangre se halla en concentraciones de un gramo por litro. Polimerizada da lugar a polisacáridos con función de reserva energética, como el almidón en los vegetales o el glucógeno en los animales, o con función estructural, como la celulosa de las plantas.

Galactosa: se puede hallar en la orina de los animales en forma de b - D - galactosa.

Manosa: se encuentra en forma de D-manosa en ciertos tejidos vegetales.

Fructosa: se halla en forma de b-D-fructofuranosa en la fruta.

   2.- Oligosacáridos: Los oligosacáridos son polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos. La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glicosídicos, un tipo concreto de enlace acetálico. Los más abundantes son los disacáridos, oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos:

1. si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico
2. si no es reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH alcohólicos

      Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general,oligosacáridos.

      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.

      Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.

3.- Polisacáridos: Los polisacáridos están formados por la unión de muchos monosacáridos (puede variar de once a varios miles) mediante enlace O-glucosídico, con la consiguiente pérdida de una molécula de agua por cada enlace. Tienen, pues, pesos moleculares muy elevados.

     Pueden desempeñar funciones estructurales o de reserva energética. En los polisacáridos diferenciamos los homopolisacáridos, o polímeros de un solo tipo de monosacárido, y los heteropolisacáridos, cuando en el polímero interviene más de un tipo de monosacárido.

1.      Almidón

    El almidón es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. En el almidón se encuentran unidas miles de moléculas de glucosa, que constituyen una gran reserva energética que ocupa poco volumen. Los depósitos de almidón se encuentran en las semillas y en los tubérculos, como la patata y el boniato. A partir de ellos, las plantas pueden obtener energía sin necesidad de luz. El alidón está integrado por dos tipos de polímeros: la amilosa en un 30% en peso, constituida por un polímero de maltosas unidas mediante enlaces a(1à 4), y la amilopectina en un 70%, constituida por un polímero de maltosas unidas mediante enlaces a(1à 4) con ramificaciones en posición a(1à 6).

2.      Glucógeno

      El glucógeno es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra abundantemente en el hígado y en los músculos. El glucógeno, al igual que la amilopectina está constituido por un polímero de maltosas unidas mediante enlaces a(1à 4) con ramificaciones en posición a(1à 6), pero con mayor abundancia de ramas. Éstas aparecen, aproximadamente, cada ocho o diez glucosas. Tiene hasta unas 15.000 moléculas de maltosa.

3.      Celulosa

   La celulosa es un polisacárido con función esquelética propio de los vegetales. Es el elemento principal de la pared celular. Esta pared constituye una especie de estuche en el que queda encerrada la célula, que persiste tras la muerte de ésta. Las fibras vegetales y el interior del tronco de los árboles están básicamente formados por paredes celulósicas de células muertas. El algodón es casi celulosa pura, mientras que la madera tiene un 50% de otras sustancias que aumentan su dureza. La celulosa es un polímero de b-D-glucopiranosas unidas mediante enlaces b(1 à 4). Cada polímero tiene de 150 a 5.000 moléculas de celobiosas. Estos polímeros forman cadenas moleculares no ramificadas, que se pueden disponer paralelamente uniéndose mediante enlaces de puente de hidrógeno.

4.      Quitina

    La quitina es un polímero de N-acetil-D-glucosamina unido mediante enlaces b(1 à 4), de modo análogo a la celulosa. Como ella, forma cadenas paralelas. Es el componente esencial del exoesqueleto de los artrópodos. En los crustáceos se encuentra impregnada de carbono cálcico, lo que aumenta su dureza.

5.      Heteropolisacáridos

     Son sustancias que por hidrólisis dan lugar a varios tipos distintos de monosacáridos o de derivados de éstos. Los principales son:

·   Pectina. Se encuentra en la pared celular de los tejidos vegetales. Abunda en la manzana, pera, ciruela y membrillo. Posee una gran capacidad gelificante que se aprovecha para preparar mermeladas.

· 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 plantas para cerrar sus heridas.

LÍPIDOS:

   Los lípidos, son un grupo de compuestos químicamente diversos, solubles en solventes orgánicos (como cloroformo, metanol o benceno), y casi insolubles en agua. La mayoría de los organismos, los utilizan como reservorios de moléculas fácilmente utilizables para producir energía (aceites y grasas). Los mamíferos, los acumulamos como grasas, y los peces como ceras; en las plantas se almacenan en forma de aceites protectores con aromas y sabores característicos. Los fosfolípidos y esteroles constituyen alrededor de la mitad de la masa de las membranas biológicas. Entre los lípidos también se encuentran cofactores de enzimas, acarreadores de electrones, pigmentos que absorben luz, agentes emulsificantes, algunas vitaminas y hormonas, mensajeros intracelulares y todos los componentes no proteícos de las membranas celulares. 

      Los lípidos, pueden ser separados fácilmente de otras biomoléculas por extracción con solventes orgánicos y pueden ser separados por técnicas experimentales como la cromatografía de adsorción, cromatografía de placa fina y cromatografía de fase reversa.

      La función biológica más importante de losa lípidos es la de formar a las membranas celulares, que en mayor o menor grado, contienen lípidos en su estructura. En ciertas membranas, la presencia de lípidos específicos permiten realizar funciones especializadas, como en las células nerviosas de los mamíferos. La mayoría de las funciones de los lípidos, se deben a sus propiedades de autoagregación , que permite también su interacción con otras biomoléculas. De hecho, los lípidos casi nunca se encuentran en estado libre, generalmente están unidos a otros compuestos como carbohidratos (formando glucolípidos) o a proteínas (formando lipoproteínas). Estas biomoleculas se clasifican generalmente en saponificables y no saponificables.

PROTEÍNAS: Estas son macromoléculas compuestas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. La mayoría también contienen azufre y fósforo. Las mismas están formadas por la unión de varios aminoácidos, unidos mediante enlaces peptídicos. El orden y disposición de los aminoácidos en una proteína depende del código genético, ADN, de la persona.

        Las proteínas constituyen alrededor del 50% del peso seco de los tejidos y no existe proceso biológico alguno que no dependa de la participación de este tipo de sustancias. 

Las funciones principales de las proteínas son:

• Ser esenciales para el crecimiento. Las grasas y carbohidratos no las pueden sustituir, por no contener nitrógeno.
• Proporcionan los aminoácidos esenciales fundamentales para la síntesis tisular.
• Son materia prima para la formación de los jugos digestivos, hormonas, proteínas plasmáticas, hemoglobina, vitaminas y enzimas.
• Funcionan como amortiguadores, ayudando a mantener la reacción de diversos medios como el plasma.
• Actúan como catalizadores biológicos acelerando la velocidad de las reacciones químicas del metabolismo. Son las enzimas.
  Actúan como transporte de gases como oxígeno y dióxido de carbono en sangre. (hemoglobina).
• Actúan como defensa, los anticuerpos son proteínas de defensa natural contra infecciones o agentes extraños.
  Permiten el movimiento celular a través de la miosina y actina (proteínas contráctiles musculares).
• Resistencia. El colágeno es la principal proteína integrante de los tejidos de sostén.

Energéticamente, las proteínas aportan al organismo 4 Kcal de energía por cada gramo que se ingiere.

Las proteínas son clasificables según su estructura química en:

Proteínas simples: Producen solo aminoácidos al ser hidrolizados. Albúminas y globulinas: Son solubles en agua y soluciones salinas diluidas (ej.: lactoalbumina de la leche). Glutelinas y prolaninas: Son solubles en ácidos y álcalis, se encuentran en cereales fundamentalmente el trigo. El gluten se forma a partir de una mezcla de gluteninas y gliadinas con agua. Albuminoides: Son insolubles en agua, son fibrosas, incluyen la queratina del cabello, el colágeno del tejido conectivo y la fibrina del coagulo sanguíneo. Proteínas conjugadas: Son las que contienen partes no proteicas. Ej.: nucleoproteínas. Proteínas derivadas: Son producto de la hidrólisis.

En el metabolismo, el principal producto final de las proteínas es el amoníaco (NH₃) que luego se convierte en urea (NH₂)₂CO₂ en el hígado y se excreta a través de la orina.