3 Clasificaciones principales de carbohidratos y su significado

Algunos de los grupos principales en los que los carbohidratos se dividen con sus estructuras y funciones químicas son los siguientes:

Los carbohidratos o sacáridos se definen más simplemente como polihidroxi aldehídos o cetonas y sus derivados.

Los compuestos orgánicos en este grupo se llaman así porque consisten en hidrógeno de carbono y oxígeno, los dos últimos en una proporción de 2: 1.

Los carbohidratos están ampliamente distribuidos tanto en tejidos animales como vegetales. En las células animales, se producen principalmente en forma de glucosa y glucógeno, mientras que en las plantas, la celulosa y el almidón son sus principales representantes.

Clasificación:

Los carbohidratos se dividen en tres grupos principales:

(I) monosacáridos,

(II) Disacáridos y

(III) Polisacáridos.

I. Monosacáridos (Azúcares Simples):

Los monosacáridos son aquellos azúcares que no se pueden hidrolizar en una forma más simple. Tienen la fórmula empírica (CH ₂ O) n. Los monosacáridos más simples son los tres carbonos triosesgliceraldehído y dihidroxiacetona.

Dependiendo de la cantidad de átomos de carbono que poseen, los azúcares simples pueden subdividirse en diferentes clases, tales como triosis, tetrosas, pentosas, hexosas o heptosas; y como aldosas o cetosas, en función de si están presentes los grupos aldehído o cetona. Algunos ejemplos son:

Dentro de cada categoría, los azúcares se distinguen adicionalmente de acuerdo con la alineación izquierda o derecha de los grupos H y OH alrededor del átomo de carbono adyacente al carbono del alcohol primario terminal (por ejemplo, carbono 5 en glucosa). Cuando el grupo OH en este carbono está a la derecha, el azúcar es un miembro de la serie D (Dextrorotatory); cuando está a la izquierda es miembro de la serie L (Laevorotatory).

La mayoría de los monosacáridos que ocurren en el metabolismo de los mamíferos son de la configuración D. Los compuestos que tienen la misma fórmula estructural pero difieren en la configuración atómica se conocen como estereoisómeros.

Monosacáridos de importancia fisiológica:

A. Trioses:

Se forman en el cuerpo durante la descomposición metabólica de las hexosas. Los ejemplos son gliceraldehído y dihidroxiacetona.

B. Pentosas:

Son importantes constituyentes de los ácidos nucleicos, y muchas coenzimas. También se forman como intermedios durante ciertos procesos metabólicos. Algunos ejemplos son la ribosa, que es un elemento estructural de ATP, ácidos nucleicos y coenzimas NAD, NADP y flavo-proteínas; Ribulosa Arabinosa y Xilosa.

C. Hexosas:

Son fisiológicamente los más importantes de los mono-sacáridos, por ejemplo, glucosa, fructosa, galactosa y manosa.

(i) Glucosa:

Se encuentra normalmente en los jugos de frutas y se forma en el cuerpo por hidrólisis del almidón, azúcar de caña, maltosa y lactosa. La glucosa es el "azúcar" del cuerpo. La estructura de la glucosa se puede representar como una forma de cadena o anillo (estructura de hexanosa-hexágono con cinco carbonos y un oxígeno; y furanosa-tiene una estructura de pentágono con cuatro carbonos y un oxígeno).

(ii) Fructosa:

Se produce naturalmente en jugos de frutas y miel. La hidrólisis del azúcar de caña en el cuerpo también produce fructosa.

(iii) Galactosa:

Constituyente de los glucolípidos y las glicoproteínas, se sintetiza en las glándulas mamarias y se hidroliza para producir la lactosa de la leche.

(iv) manosa:

Se obtiene sobre la hidrólisis de los mannosanos y las encías. La manosa es un componente del polisacárido protésico de albúminas, globulinas y mucoproteínas.

Las pentosas y hexosas existen tanto en cadenas abiertas como en formas de anillo.

Monosacáridos derivados:

Los monosacáridos se modifican de diversas maneras para formar una serie de sustancias diferentes. Los derivados importantes son:

(i) Deoxy Sugar:

La desoxigenación de la ribosa produce desoxirribosa. Este último es un constituyente de los desoxirribótidos que se encuentran en el ADN.

(ii) Amino azúcares:

Los monosacáridos tienen un grupo amino— (NH ₂ ). La glucosamina forma quitina, hongo celulosa, ácido hialurónico y condrosina sulfato. La galactosamina es un componente similar del sulfato de condriotina.

(iii) Ácido del azúcar:

El ácido ascórbico es un ácido de azúcar. El ácido glucurónico y el ácido galacturónico se producen en los mucopolisacáridos.

(iv) Alcohol de azúcar:

El glicerol está involucrado en la síntesis de lípidos; El manitol es un alcohol de almacenamiento en algunas frutas y algas pardas.

II. Disacáridos:

Los disacáridos consisten en dos monosacáridos unidos por un enlace glicosídico (COC). Su fórmula general es C _n (H ₂ O) _n-1. Los disacáridos más comunes son maltosa, lactosa y sacarosa.

(i) maltosa:

Se forma como un producto intermedio de la acción de las amilasas sobre el almidón y contiene dos residuos de D-glucosa en 1, 4 enlaces. Se encuentra en cantidades detectables en la mayoría de las semillas y tejidos en germinación donde el almidón se descompone.

(ii) Lactosa:

Se encuentra en la leche pero por lo demás no ocurre en la naturaleza. Produce D-galactosa y D-glucosa en hidrólisis. Dado que tiene un carbono anomérico libre en el residuo de glucosa, la lactosa es un disacárido reductor.

(iii) La sacarosa o azúcar de caña es un disacárido de la glucosa y la fructosa. La hidrólisis de la sacarosa a D-glucosa y D-fructosa a menudo se llama inversión, ya que se acompaña de un cambio neto en la rotación óptica de dextro a levo a medida que se forma la mezcla equimolar de glucosa y fructosa (esta mezcla a menudo se llama azúcar invertida) . Esta reacción es catalizada por enzimas llamadas invertasas. La sacarosa es extremadamente abundante en el mundo de las plantas y es familiar como el azúcar de mesa.

(iv) Trehalosa:

Contiene dos residuos de D-glucosa y es un disacárido no reductor como la sacarosa. Es el azúcar principal que se encuentra en la hemolinfa de muchos insectos.

III. Trisacáridos:

Un número de trisacáridos se producen de forma libre. La rafinosa se encuentra en abundancia en la remolacha azucarera y en muchas otras plantas superiores. La melezitosa se encuentra en la savia de algunos árboles coníferos.

IV. Polisacáridos:

La mayoría de los carbohidratos que se encuentran en la naturaleza se producen como polisacáridos de alto peso molecular. Son carbohidratos complejos que se forman por polimerización de un gran número de monómeros monosacáridos. Los polisacáridos también se llaman glicanos.

Son cadenas largas que pueden ser ramificadas o no ramificadas. En la hidrólisis completa con ácido o enzimas específicas, estos polisacáridos producen monosacáridos y / o derivados de monosacáridos simples. Dependiendo de la composición, los polisacáridos son de dos tipos: homopolisacáridos y heteropolisacáridos.

(i) Los homopolisacáridos u homoglicanos son aquellos carbohidratos complejos que se forman por polimerización de un solo tipo de monómeros monosacáridos. Por ejemplo, el almidón, el glucógeno y la celulosa están compuestos de un solo tipo de monosacárido llamado glucosa.

Dependiendo de la unidad de monosacáridos involucrada, el polisacárido se llama glucano (hecho de glucosa), fructano (hecho de fructosa), xilano (que tiene xilosa), araban (hecho de arabinosa), galactano (formado por galactosa), etc.

(ii) Los heteropolisacáridos o heteroglicanos son aquellos carbohidratos complejos que se producen por condensación de derivados de monosacáridos o más de un tipo de monómero monosacárido, por ejemplo, quitina, agar, peptidoglicano, arabanogalactanos, arabanoxilanos, etc.

Dependiendo de su función biológica, los polisacáridos son de tres tipos principales: almacenamiento, estructural y mucopolisacáridos.

A. Polisacáridos de almacenamiento:

Estos polisacáridos sirven como alimento de reserva. El almidón, el más abundante en las plantas y el glucógeno en los animales, generalmente se deposita en forma de gránulos grandes en el citoplasma de las células.

1. Almidón:

El almidón (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x es la fuente alimenticia más importante de carbohidratos y se encuentra en los cereales, papas, legumbres y otras verduras. El almidón natural es insoluble en agua y da un color azul con solución de yodo. Es un homosacárido poliglucano. El almidón consta de dos componentes, amilosa y amilopectina.

(a) Amilosa (15-20%):

Es una estructura helicoidal no ramificada que consiste en residuos de glucosa en el enlace ∞-1, 4.

(b) Amilopectina (80-85%):

Consiste en cadenas altamente ramificadas que tienen 24-30 residuos de glucosa por cadena. Los residuos de glucosa están unidos por el enlace glicosídico ∞ (1—> 4) en la cadena y por el enlace ∞ (1—> 16) en los puntos de la rama.

2. Glicógeno:

Es el polisacárido de almacenamiento principal de las células animales, la contrapartida del almidón en las células vegetales. El glucógeno es especialmente abundante en el hígado, donde puede alcanzar hasta el 10% del peso húmedo. Al igual que la amil-pectina, el glucógeno es un polisacárido de D-glucosa en un enlace ∞ (1—> 4). Sin embargo, es más altamente ramificado; las ramas se producen cada 8 a 12 residuos de glucosa.

Los enlaces de rama son β (l -> 6). La parte recta se tuerce helicoidalmente y cada vuelta tiene seis unidades de glucosa. La distancia entre dos puntos de ramificación es de 10-14 residuos de glucosa. El glucógeno se hidroliza fácilmente por las amilasas y β para producir glucosa y maltosa, respectivamente.

3. Inulina:

Es un polisacárido de almacenamiento de fructanos de raíces y tubérculos de Dahlia y plantas relacionadas. La inulina no se metaboliza en el cuerpo humano y se filtra fácilmente a través de los riñones. Por lo tanto, se utiliza en las pruebas de la función renal, especialmente en la filtración glomelular.

B. Polisacárido estructural:

Son polisacáridos que participan en la formación del marco estructural de las paredes celulares en plantas y esqueletos de animales. Los polisacáridos estructurales son de dos tipos principales; quitina y celulosa.

1. La quitina:

Es un carbohidrato complejo de tipo heteropolisacárido que se encuentra como el componente estructural de las paredes fúngicas (celulosa fúngica) y el exoesqueleto de insectos y crustáceos. La quitina es un homopolímero de N-acetil-D-glucosamina en el enlace β (1 → 4) con una configuración no ramificada.

2. Celulosa:

El polisacárido estructural y de pared celular más abundante en el mundo vegetal es la celulosa, un polímero lineal de D-glucosa en el enlace β (1 → 4). La celulosa también se encuentra en algunos invertebrados inferiores. Es casi enteramente de ocurrencia extracelular. En la hidrólisis completa con ácidos fuertes, la celulosa produce solo D-glucosa, pero la hidrólisis parcial produce la celobiosa disacárida reductora en la que el enlace entre las unidades de D-glucosa es β (1 → 4).

La celulosa no está unida por α o β-amilasa. Las enzimas capaces de hidrolizar los enlaces β (1 → 4) de la celulosa no se secretan en el tracto digestivo de la mayoría de los mamíferos; y por lo tanto no pueden usar celulosa como alimento. Sin embargo, los rumiantes, por ejemplo, la vaca puede utilizar celulosa como alimento ya que las bacterias en el rumen forman la enzima celulosa que hidroliza la celulosa a D-glucosa.

Las moléculas de celulosa no se producen individualmente, sino que varias cadenas están dispuestas de manera casi paralela. Las moléculas se mantienen juntas mediante enlaces de hidrógeno intermoleculares entre el grupo hidroxilo en la posición 6 de los residuos de glucosa de una molécula y el oxígeno glicosídico entre dos residuos de glucosa de la molécula adyacente. También hay un fortalecimiento intramolecular de la cadena por la formación de enlaces de hidrógeno entre el grupo hidroxilo en la posición tres y el átomo de oxígeno del siguiente residuo.

C. Mucopolisacáridos:

Los mucopolisacáridos o mucílagos son bastante comunes en plantas y animales. El mucopolisacárido ácido más abundante es el ácido hialurónico presente en las capas celulares y en la sustancia fundamental extracelular de los tejidos conectivos de los vertebrados.

La unidad de repetición del ácido hialurónico es un compuesto disacárido del ácido D-glucorónico y la N-acetil-D glucosamina en el enlace β (1 -> 3). Otro ácido mucopolisacárido es la condroitina, cuyos derivados del ácido sulfúrico condroitina -4-sulfato y condroitina 6 sulfato son componentes estructurales principales de las capas de células, cartílagos, huesos y otras estructuras de tejido conectivo en vertebrados.

Significado biológico de los carbohidratos:

1. Mayor fuente de energía:

Los carbohidratos son esenciales para los animales, ya que los utilizan como combustibles respiratorios. En las células animales, los carbohidratos en forma de glucosa y glucógeno sirven como una importante fuente de energía para actividades vitales.

2. Componentes estructurales de las células:

Los carbohidratos sirven como un importante material estructural en algunos animales y en plantas, donde constituyen el marco de celulosa.

3. Papel clave en el metabolismo:

Los carbohidratos juegan un papel clave en el metabolismo de los aminoácidos y ácidos grasos.

4. Funciones especiales:

Algunos carbohidratos tienen una función altamente específica, p. Ej., Ribosa en las nucleoproteínas de las células y galactosa en ciertos lípidos.