Glúcidos (Carbohidratos)

Los glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, generalmente siguiendo la fórmula empírica (CH₂O)n. Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, ya que poseen varios grupos hidroxilo (OH) y un grupo carbonilo, bien aldehído (CHO) o bien cetona (C=O).

Clasificación de los Glúcidos

1. Monosacáridos:
   • Son los glúcidos más sencillos, no hidrolizables, y constituyen los monómeros de los demás.
   • Se clasifican según el número de átomos de carbono (C): Triosas (3C), Tetrosas (4C), Pentosas (5C), Hexosas (6C) y Heptosas (7C). Los más abundantes son las pentosas y las hexosas.
2. Disacáridos: Glúcidos constituidos por la unión de dos monosacáridos.
3. Polisacáridos: Glúcidos formados por la unión de once a varios miles de monosacáridos.

Monosacáridos

Propiedades Físicas de los Monosacáridos

Son sólidos, cristalinos, incoloros o blancos, de sabor dulce y muy solubles en agua. Su solubilidad se debe a que, tanto los radicales hidroxilo como el grupo carbonilo, son polares y establecen, por ello, enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, que también son polares.

Naturaleza Química de los Monosacáridos

La estructura es una cadena de carbonos no ramificada en la que dichos átomos se encuentran unidos entre sí mediante enlaces covalentes sencillos. Cada carbono es portador de un grupo hidroxilo (OH) y de un radical de hidrógeno (H), excepto uno que forma el grupo carbonilo (aldehído o cetona).

• Los que poseen un grupo aldehído se denominan aldosas y este grupo siempre se encuentra en uno de los carbonos terminales de la molécula (C1).
• Los que tienen un grupo cetona reciben el nombre de cetosas y siempre se localizan en un carbono intermedio (generalmente C2).

Dependiendo de que posean 3, 4, 5, 6 o 7 átomos de carbono, se denominan: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas, respectivamente.

Propiedades Químicas de los Monosacáridos

1. Poder reductor: La presencia del grupo carbonilo les confiere poder reductor, ya que este grupo se puede oxidar a un grupo carboxilo.
2. Participación en reacciones redox: Se oxidan (pierden electrones) y otras moléculas se reducen (aceptan electrones), liberando energía. Estos procesos son la fuente de energía básica para las células.
3. Isomería espacial (Estereoisomería): Son moléculas que tienen la misma fórmula estructural pero la disposición de sus átomos en el espacio es distinta. Esto ocurre solo en moléculas que tienen uno o más carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que está unido a cuatro radicales diferentes. Cuantos más carbonos asimétricos posea, más estereoisómeros tendrá. Una molécula con ‘n’ carbonos asimétricos puede tener 2ⁿ estereoisómeros.

Tipos de Estereoisómeros

• Enantiómeros: Son compuestos estereoisómeros que varían la posición de todos los grupos OH. Uno es la imagen especular del otro.
• Epímeros: Varían la posición de uno solo de los grupos OH. No son imágenes especulares.

Principales Monosacáridos Biológicos

• Triosas: Gliceraldehído y dihidroxiacetona. Participan en el metabolismo de la glucosa y no forman estructuras cíclicas.
• Pentosas:
  • Ribosa y desoxirribosa: Forman parte del ARN y ADN, respectivamente.
  • Ribulosa: Es esencial en la fijación del CO₂ en el ciclo de Calvin.
• Hexosas:
  • Glucosa: Principal combustible celular. Se encuentra libre en la sangre.
  • Galactosa: No se encuentra en forma libre; se une a la glucosa para formar la lactosa.
  • Fructosa: Se encuentra en estado libre en frutas y miel. Forma parte de la sacarosa junto con la glucosa.

Enlace Glucosídico

Es la unión entre monosacáridos por medio de un enlace O-glucosídico, que se forma al unirse dos grupos hidroxilos, siempre con el desprendimiento de una molécula de agua. Este enlace se puede romper por hidrólisis.

Tipos de Enlaces O-Glucosídicos (Según la posición del OH)

Se clasifican en función de la posición del hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido:

1. Enlace Alfa (α): Los enzimas los rompen fácilmente. Son propios de disacáridos con función energética.
2. Enlace Beta (β): Pocos enzimas pueden romperlos. Son enlaces más rígidos y resistentes, presentes en moléculas con funciones estructurales.

Tipos de Unión (Según los carbonos participantes)

1. Enlace Monocarbonílico: Interviene el carbono anomérico de la primera osa y un carbono no anomérico cualquiera de la segunda. Un carbono anomérico queda libre, por lo que se mantiene el poder reductor.
2. Enlace Dicarbonílico: Intervienen los dos carbonos anoméricos de las osas. Ningún carbono anomérico queda libre, por lo que se pierde el poder reductor.

Disacáridos

Son glúcidos constituidos por la unión de dos monosacáridos (osas). Para nombrarlos, se añade el sufijo -il, se indican los carbonos que participan en el enlace y, finalmente, se añade el nombre del segundo monosacárido terminado en -osa.

Propiedades y Tipos

Las propiedades físico-químicas de los disacáridos son similares a las de los monosacáridos: tienen sabor dulce (son azúcares) y son solubles en agua.

• Maltosa: Se obtiene por hidrólisis del almidón y el glucógeno. Posee poder reductor. Está formada por la unión de dos moléculas de glucosa.
• Lactosa: Es el azúcar de la leche. Está formada por galactosa y glucosa unidas mediante enlace β(1→4). Posee poder reductor.
• Sacarosa: Es el azúcar de mesa. Está formada por glucosa y fructosa unidas mediante enlace α(1→2) dicarbonílico. No posee poder reductor.

Polisacáridos

Glúcidos formados por la unión, mediante enlaces O-glucosídicos, de once a varios miles de monosacáridos. Se diferencian entre sí por el tipo y número de monosacáridos que los constituyen y por su grado de ramificación.

Características Físico-Químicas

Son polímeros que se descomponen por hidrólisis. Sus características físico-químicas son bastante diferentes de las de los di- y monosacáridos. Al tener un peso molecular elevado, no son solubles en agua, son coloidales, no son cristalizables y pierden el sabor dulce. Tampoco tienen carácter reductor.

Clasificación de los Polisacáridos

Según su composición, se dividen en:

A) Heteropolisacáridos

Sustancias que, por hidrólisis, dan lugar a dos o más tipos diferentes de monosacáridos. Generalmente presentan enlaces alfa.

1. Pectina: Se encuentra en la pared de las células vegetales. Se utiliza para hacer mermeladas.
2. Agar: Se extrae de las algas rojas. Es muy hidrófilo y se utiliza para preparar medios de cultivo y en la elaboración industrial.
3. Goma arábiga: Es una sustancia segregada por las plantas que sirve para cerrar heridas.

B) Homopolisacáridos

Formados por un solo tipo de monosacárido. Pueden tener:

• Enlace beta (β) y función estructural: Como la quitina y la celulosa.
• Enlace alfa (α) y función de reserva energética: Como el almidón y el glucógeno.

1. Almidón: Es el polisacárido más importante en la dieta humana y es el principal elemento de reserva de las plantas, que lo sintetizan durante la fotosíntesis. Se localiza en tubérculos, bulbos y rizomas de vegetales, y su función es de reserva de energía. Se almacena en unos plastos especiales, los amiloplastos. No es soluble. Al hidrolizarse, se forman primero maltosas y estas, a su vez, se descomponen en glucosas. Su estructura es compleja, ya que contiene dos polímeros de glucosa: la amilosa y la amilopectina.
   • Amilosa: Presenta una estructura helicoidal sin ramificaciones. Está formada por unidades de glucosa unidas mediante enlaces alfa (1→4). Constituye la parte central de la molécula de almidón.
   • Amilopectina: Se encuentra formada por cadenas helicoidales de glucosas, unidas también en α(1→4), pero presenta ramificaciones cada 24 o 30 unidades, unidas a través de enlaces alfa (1→6).
2. Glucógeno: Es el principal elemento de reserva de los animales y hongos, que obtienen de él el aporte continuo de energía que necesitan. Se almacena principalmente en el hígado y en el tejido muscular. Su estructura es similar a la amilopectina, con cadenas muy largas y ramificadas de glucosas unidas por enlaces alfa. Está más ramificada que la amilopectina, lo que permite obtener glucosa más rápidamente.
3. Celulosa: Es el componente principal de las paredes celulares de las células vegetales y es uno de los polímeros más abundantes en la Tierra. Está formada por cadenas lineales no ramificadas de glucosas conectadas por enlaces β(1→4). Las cadenas se encuentran giradas unas en relación con otras y muy apretadas. El enlace es muy resistente. Las cadenas se unen entre sí por puentes de hidrógeno y constituyen las microfibrillas. Estas se unen para formar fibrillas, que se agrupan, a su vez, para formar fibras de celulosa muy rígidas e insolubles en agua. Su función es de sostén y protección a la célula vegetal.
4. Quitina: Componente principal del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Posee una estructura similar a la de la celulosa; forma cadenas lineales, lo que le confiere gran resistencia y dureza. Contribuye a la locomoción y proporciona protección.

Funciones Biológicas de los Glúcidos

1. Función Energética: Los disacáridos y los monosacáridos son una fuente de energía inmediata. La glucosa es la principal fuente energética de las células. Los polisacáridos (almidón y glucógeno) funcionan como reserva energética, ya que están formados por glucosas unidas por enlaces O-glucosídicos hidrolizables.
2. Función Estructural: La celulosa, la quitina y la mureína tienen función estructural, siendo el componente principal de las paredes celulares (celulosa en vegetales, quitina en hongos y mureína en bacterias). La ribosa y la desoxirribosa son monosacáridos con función estructural, pues forman parte del ARN y del ADN.
3. Función Generadora de Especificidad en la Membrana Plasmática: Gracias a las glucoproteínas y los glucolípidos, las células se reconocen entre sí y, además, seleccionan las moléculas que entran a la célula.
4. Funciones Especiales: Los glúcidos asociados a otras moléculas no glucídicas presentan funciones específicas: antibiótica (estreptomicina), vitamínica (vitamina C), anticoagulante (heparina) e inmunitaria (inmunoglobulinas).

Lípidos

Características Generales de los Lípidos

Los lípidos son biomoléculas orgánicas con largas cadenas hidrocarbonadas que cumplen funciones tanto estructurales como funcionales, presentando estructuras químicas bastante diversas. Químicamente, los lípidos están constituidos por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O), y en muchas ocasiones también Fósforo (P) y Nitrógeno (N). A diferencia de los glúcidos, la cantidad de O en estos compuestos es muy inferior en proporción a la cantidad de C e H.

La principal característica que comparten todos los lípidos es que son escasamente solubles en agua (hidrófobos) y son solubles en disolventes orgánicos apolares. En consecuencia, los lípidos son muy ligeros, menos densos que el agua y flotan sobre ella. La unión de unas moléculas lipídicas con otras se realiza mediante fuerzas de Van der Waals (interacciones hidrófobas).

Clasificación Estructural

1. Lípidos con Ácidos Grasos o Saponificables: Lípidos que contienen ácidos grasos unidos formando ésteres. Los ácidos grasos, al reaccionar con una base fuerte, dan jabones (de ahí el término saponificables).
2. Lípidos sin Ácidos Grasos o Insaponificables: Lípidos que no contienen ácidos grasos y no pueden utilizarse para obtener jabón.

Ácidos Grasos

Moléculas formadas por una cadena hidrocarbonada de tipo alifático. Son poco abundantes en estado libre, pero son uno de los principales constituyentes de los lípidos saponificables.

Se clasifican en:

1. Saturados: Solo tienen enlaces simples entre los carbonos. Sus cadenas son rectilíneas.
2. Insaturados: Tienen uno o más dobles enlaces entre los carbonos. Si tienen un único doble enlace, son monoinsaturados, y si tienen más de uno, son poliinsaturados. En los insaturados, la posición del doble enlace puede ser:
   • Cis: Si los grupos H se encuentran en el mismo lado del doble enlace (la molécula está doblada).
   • Trans: Si los H se disponen uno a cada lado del doble enlace (la molécula es recta).

Propiedades Físicas de los Ácidos Grasos

1. Carácter Anfipático: Poseen una parte hidrófila (soluble en agua) y otra hidrófoba (insoluble en agua).
   • Parte hidrófila: El grupo carboxilo (-COOH), que en contacto con el agua se ioniza, pierde un H⁺ y establece enlaces polares.
   • Parte hidrófoba: La cadena hidrocarbonada, que interactúa mediante uniones de Van der Waals.
2. Solubilidad: Cuanto mayor es la longitud de la cadena hidrocarbonada, más insoluble es el ácido graso en agua. En medio acuoso, sus grupos hidrófilos se orientan hacia las moléculas de agua, mientras que los grupos hidrófobos se alejan de ellas, dando lugar a estructuras como las micelas.
3. Punto de Fusión: Es la energía calorífica necesaria para romper los enlaces entre sus moléculas. El punto de fusión depende de la longitud de la cadena y de su grado de insaturación. Aumenta con la longitud de la cadena, pero disminuye por la presencia de dobles enlaces (insaturaciones).

Propiedades Químicas de los Ácidos Grasos

1. Reacciones de Esterificación: La mayor parte de los lípidos son ésteres, formados por la reacción del grupo carboxilo de los ácidos grasos con un grupo hidroxilo de un alcohol.
2. Reacciones de Saponificación: Los ácidos grasos, si reaccionan con una base fuerte (como el NaOH), dan lugar a una sal de ácido graso (jabón) y a agua. Una molécula de jabón es una sustancia anfipática cuya cabeza polar se une a otras sustancias polares como el agua, y cuya cola apolar atrae sustancias apolares como las grasas.

Lípidos Saponificables (Con Ácidos Grasos)

Son ésteres de ácidos grasos que presentan ácidos grasos en su composición.

Lípidos Saponificables Simples

1. Acilglicéridos (Grasas): Formados por la esterificación de glicerina con 1, 2 o 3 ácidos grasos. Tienen función de reserva energética. En animales se almacenan en los adipocitos y en vegetales, en las vacuolas.
   • Características: Son insolubles, forman jabones, pueden ser aceites (líquidos) o sebos (sólidos) y se almacenan en grandes cantidades en forma casi deshidratada.
2. Céridos (Ceras): Ésteres formados por un alcohol monovalente de cadena larga y una molécula de ácido graso. Originan láminas impermeables que protegen la epidermis. También se encuentran en la cera de abeja o en el cerumen del conducto auditivo.

Lípidos Saponificables Complejos

Formados por un alcohol, ácidos grasos y otros tipos de moléculas (P, N, glúcidos).

1. Fosfoglicéridos o Fosfolípidos: Derivan del ácido fosfatídico. Se forman por la esterificación de una molécula de ácido fosfórico con un diacilglicérido (que contiene un ácido graso saturado en la posición 1 y otro insaturado en la posición 2 de la glicerina). A este se le une un alcohol o un aminoalcohol. El ácido fosfórico y el grupo amino se ionizan, formando el grupo polar.
2. Fosfoesfingolípidos: Formados por la unión de un ácido graso, una esfingosina, un grupo fosfato y un aminoalcohol. El más frecuente es la esfingomielina.
3. Glucoesfingolípidos: Formados por la unión de un ácido graso, una esfingosina y un glúcido. No presentan grupo fosfato.

Lípidos Insaponificables (Sin Ácidos Grasos)

No poseen ácidos grasos. Se dividen en tres tipos principales:

1. Isoprenoides (Terpenos): Derivan del isopreno.
   • Monoterpenos: 2 moléculas de isopreno.
   • Diterpenos: 4 moléculas de isopreno.
   • Triterpenos: 6 moléculas de isopreno.
   • Tetraterpenos: 8 moléculas de isopreno.
   • Politerpenos: Más de 8 moléculas de isopreno.
2. Eicosanoides: Derivados de ácidos grasos poliinsaturados de 20 carbonos (como las prostaglandinas).
3. Esteroides: Derivados del esterano.
   • Esteroles: El más conocido es el colesterol. Es un compuesto anfipático con función estructural, siendo un componente muy importante de las membranas de las células animales, a las que confiere estabilidad. A su vez, es el precursor de otros esteroides:
     • Vitamina D: Esencial para el metabolismo del calcio.
     • Ácidos biliares: Participan en la emulsión de grasas.
   • Hormonas Esteroideas:
     • Hormonas de las glándulas suprarrenales: Como la aldosterona, crucial para el correcto funcionamiento del organismo.
     • Hormonas sexuales: Testosterona, estrógenos y progesterona.

Funciones Biológicas de los Lípidos

1. Función Estructural: Son los componentes fundamentales de las membranas celulares (fosfolípidos, esfingolípidos y colesterol).
2. Función Energética: Los acilglicéridos son eficientes reservas de energía. Se almacenan deshidratados y aportan más energía por gramo que los glúcidos.
3. Función Biocatalizadora: Posibilitan o favorecen reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Se encuentran en vitaminas (liposolubles) y hormonas (esteroideas).