3.1: Carbohidratos - Moléculas de

Objetivos de aprendizaje

• Describir la estructura de mono-, di- y polisacáridos

Los carbohidratos pueden ser representados por la fórmula estequiométrica (CH ₂ O) _n, donde n es el número de carbonos en la molécula. Por lo tanto, la relación de carbono a hidrógeno a oxígeno es de 1:2:1 en las moléculas de carbohidratos. El origen del término “carbohidrato” se basa en sus componentes: carbono (“carbo”) y agua (“hidrato”). Los carbohidratos se clasifican en tres subtipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Los monosacáridos (mono- = “uno”; sacchar- = “dulce”) son azúcares simples. En los monosacáridos, el número de carbonos suele oscilar entre tres y siete. Si el azúcar tiene un grupo aldehído (el grupo funcional con la estructura R-CHO), se le conoce como aldosa, y si tiene un grupo cetona (el grupo funcional con la estructura RC (=O) R'), se le conoce como cetosa. Dependiendo del número de carbonos en el azúcar, también pueden conocerse como triosas (tres carbonos), pentosas (cinco carbonos) y/o hexosas (seis carbonos). Los monosacáridos pueden existir como una cadena lineal o como moléculas en forma de anillo; en soluciones acuosas generalmente se encuentran en formas de anillo.

Figura\(\PageIndex{1}\): Monosacáridos: Los monosacáridos se clasifican en función de la posición de su grupo carbonilo y el número de carbonos en la cadena principal. Las aldas tienen un grupo carbonilo (indicado en verde) al final de la cadena carbonada, y las cetosas tienen un grupo carbonilo en la mitad de la cadena carbonada. Las triosas, pentosas y hexosas tienen tres, cinco y seis cadenas principales de carbono, respectivamente.

Monosacáridos Comunes

La glucosa (C ₆ H ₁₂ O ₆) es un monosacárido común y una importante fuente de energía. Durante la respiración celular, se libera energía de la glucosa y esa energía se utiliza para ayudar a producir trifosfato de adenosina (ATP). Las plantas sintetizan glucosa usando dióxido de carbono y agua, y la glucosa, a su vez, se utiliza para los requerimientos energéticos de la planta.

La galactosa (un azúcar de la leche) y la fructosa (que se encuentra en la fruta) son otros monosacáridos comunes. Aunque la glucosa, galactosa y fructosa tienen la misma fórmula química (C ₆ H ₁₂ O ₆), difieren estructural y estereoquímicamente. Esto los convierte en moléculas diferentes a pesar de compartir los mismos átomos en las mismas proporciones, y todos son isómeros entre sí, o monosacáridos isoméricos. La glucosa y la galactosa son aldosas, y la fructosa es una cetosa.

Disacáridos

Los disacáridos (di- = “dos”) se forman cuando dos monosacáridos experimentan una reacción de deshidratación (también conocida como reacción de condensación o síntesis de deshidratación). Durante este proceso, el grupo hidroxilo de un monosacárido se combina con el hidrógeno de otro monosacárido, liberando una molécula de agua y formando un enlace covalente. Un enlace covalente formado entre una molécula de carbohidrato y otra molécula (en este caso, entre dos monosacáridos) se conoce como enlace glicosídico. Los enlaces glicosídicos (también llamados enlaces glicosídicos) pueden ser del tipo alfa o beta.

Figura\(\PageIndex{1}\): Disacáridos: La sacarosa se forma cuando un monómero de glucosa y un monómero de fructosa se unen en una reacción de deshidratación para formar un enlace glicosídico. En el proceso, se pierde una molécula de agua. Por convención, los átomos de carbono en un monosacárido se numeran a partir del carbono terminal más cercano al grupo carbonilo. En la sacarosa, se forma un enlace glicosídico entre el carbono 1 en la glucosa y el carbono 2 en la fructosa.

Disacáridos Comunes

Los disacáridos comunes incluyen lactosa, maltosa y sacarosa. La lactosa es un disacárido que consiste en los monómeros glucosa y galactosa. Se encuentra naturalmente en la leche. La maltosa, o azúcar de malta, es un disacárido formado por una reacción de deshidratación entre dos moléculas de glucosa. El disacárido más común es la sacarosa, o azúcar de mesa, que se compone de los monómeros glucosa y fructosa.

Polisacáridos

Una larga cadena de monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos se conoce como polisacárido (poli- = “muchos”). La cadena puede ser ramificada o no ramificada, y puede contener diferentes tipos de monosacáridos. El almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina son ejemplos primarios de polisacáridos.

Las plantas son capaces de sintetizar glucosa, y el exceso de glucosa se almacena como almidón en diferentes partes de la planta, incluyendo raíces y semillas. El almidón es la forma almacenada de azúcares en las plantas y está compuesta por monómeros de glucosa que están unidos por enlaces glucosídicos α1-4 o 1-6. El almidón en las semillas proporciona alimento para el embrión ya que germina mientras que el almidón que consumen los humanos es descompuesto por las enzimas en moléculas más pequeñas, como la maltosa y la glucosa. Las células pueden entonces absorber la glucosa.

Polisacáridos comunes

El glucógeno es la forma de almacenamiento de la glucosa en humanos y otros vertebrados. Se compone de monómeros de glucosa. El glucógeno es el equivalente animal del almidón y es una molécula altamente ramificada que generalmente se almacena en células hepáticas y musculares. Siempre que los niveles de glucosa en sangre disminuyen, el glucógeno se descompone para liberar glucosa en un proceso conocido como glucogenólisis.

La celulosa es el biopolímero natural más abundante. La pared celular de las plantas está compuesta principalmente de celulosa y proporciona soporte estructural a la célula. La celulosa está compuesta por monómeros de glucosa que están unidos por enlaces glicosídicos β 1-4. Todos los demás monómeros de glucosa en la celulosa se voltean y los monómeros se empaquetan firmemente como cadenas largas extendidas. Esto le da a la celulosa su rigidez y alta resistencia a la tracción, lo que es muy importante para las células vegetales.

Figura\(\PageIndex{1}\): Polisacáridos: En la celulosa, los monómeros de glucosa están unidos en cadenas no ramificadas por enlaces glicosídicos β 1-4. Debido a la forma en que se unen las subunidades de glucosa, cada monómero de glucosa se voltea en relación con el siguiente dando como resultado una estructura fibrosa lineal.

Función de carbohidratos

Los carbohidratos cumplen diversas funciones en diferentes animales. Los artrópodos tienen un esqueleto externo, el exoesqueleto, que protege sus partes internas del cuerpo. Este exoesqueleto está hecho de quitina, que es un nitrógeno que contiene polisacáridos. Está hecho de unidades repetitivas de N-acetil-β-D-glucosamina, un azúcar modificado. La quitina también es un componente importante de las paredes celulares fúngicas.

Puntos Clave

• Los monosacáridos son azúcares simples compuestos de tres a siete carbonos, y pueden existir como una cadena lineal o como moléculas en forma de anillo.
• La glucosa, la galactosa y la fructosa son isómeros de monosacáridos, lo que significa que todos tienen la misma fórmula química pero difieren estructural y químicamente.
• Los disacáridos se forman cuando dos monosacáridos experimentan una reacción de deshidratación (una reacción de condensación); se mantienen unidos por un enlace covalente.
• La sacarosa (azúcar de mesa) es el disacárido más común, el cual está compuesto por los monómeros glucosa y fructosa.
• Un polisacárido es una cadena larga de monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos; la cadena puede ser ramificada o no ramificada y puede contener muchos tipos de monosacáridos.

Términos Clave

• isómero: Cualquiera de dos o más compuestos con la misma fórmula molecular pero con diferente estructura.
• reacción de deshidratación: Reacción química en la que dos moléculas se unen covalentemente en una reacción que genera H2O como segundo producto.
• biopolímero: Cualquier macromolécula de un organismo vivo que se forma a partir de la polimerización de entidades más pequeñas; un polímero que ocurre en un organismo vivo o resulta de la vida.