Los Glúcidos

Definición y Funciones

Los glúcidos son moléculas orgánicas formadas por C, H y O. Se denominan azúcares, ya que muchos de ellos tienen sabor dulce, y también reciben el nombre de hidratos de carbono. La principal función de los glúcidos es energética, ya que son utilizados por los seres vivos para obtener energía, aunque existen otros glúcidos que cumplen otras funciones.

Enlace O-glucosídico

Se establece entre dos grupos OH de dos monosacáridos, con desprendimiento de una molécula de agua, quedando los dos monosacáridos unidos por el O de uno de los grupos hidroxilos implicados.

Disacáridos

Están formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico. Si el enlace es dicarbonílico, el disacárido no posee poder reductor; si el enlace es monocarbonílico, el disacárido es reductor, ya que le queda un grupo anomérico libre, como a los monosacáridos.

Propiedades de los disacáridos:

• Sabor dulce
• Solubles en agua
• Hidrolizables
• Poder reductor (los que se forman por enlace monocarbonílico)

Disacáridos importantes:

• Maltosa: Formada por dos moléculas de glucosa unidas por enlace (1,4). Se utiliza para la fabricación de cerveza (fermentación alcohólica). Su interés biológico radica en servir como reserva rápida de energía.
• Lactosa: Resulta de la unión de una molécula de galactosa con otra de glucosa. Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. Sirve como reserva rápida de energía.
• Sacarosa: Resulta de la unión de una molécula de glucosa y otra de fructosa, mediante enlace dicarbonílico (1,2). Se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha.
• Celobiosa: Resulta de la unión de dos moléculas β-D-glucosa unidas por enlace (1,4). Función estructural.

Polisacáridos

Propiedades de los polisacáridos:

• Al ser macromoléculas, no se disuelven fácilmente en agua y pueden ser insolubles (como la celulosa) u originar dispersiones coloidales (como el almidón).
• No son dulces.
• No son cristalinos.
• No poseen poder reductor.
• Son hidrolizables.

Según sus componentes se distinguen dos grupos: los homopolisacáridos, cuyos monómeros son iguales, y los heteropolisacáridos, que incluyen dos o más tipos de monosacáridos.

A) Homopolisacáridos

Tienen función de reserva energética, pues pueden hidrolizarse fácilmente liberando los monosacáridos cuando sea necesario, y también realizan funciones estructurales.

a) Polisacáridos de reserva

• Almidón: Se encuentra en los amiloplastos de las células vegetales, sobre todo en semillas, raíces y tallos. El almidón se compone de dos moléculas:
  • Amilosa: Está formada por glucosas unidas por enlace (1,4) en una cadena sin ramificar. Esta cadena adopta una disposición helicoidal y tiene seis monómeros por vuelta de la hélice.
  • Amilopectina: Es helicoidal y ramificada; cada 12 moléculas de glucosa aparece un punto de ramificación.
• Glucógeno: Constituye el polisacárido de reserva propio de los animales, en los que forma gránulos visibles y abundantes en el hígado y en los músculos estriados. Es un polímero de glucosas unidas por enlace (1,4), con una estructura semejante a la amilopectina, aunque con ramificaciones más frecuentes (aproximadamente cada 8 o 10 moléculas de glucosa). Las ramificaciones van encaminadas a obtener rápidamente glucosa por hidrólisis.

b) Polisacáridos estructurales

• Celulosa: Es un polímero lineal de glucosas unidas por enlace β(1,4). Las cadenas se disponen paralelamente y se unen por puentes de hidrógeno constituyendo haces, los haces se organizan en microfibrillas y las microfibrillas se disponen en capas, esto hace que la pared sea resistente y permita dos funciones: constituir estructuras de sostén y limitar la presión osmótica.
• Quitina: Es un polímero de un derivado de la glucosa (N-acetilglucosamina) unidas por enlace β(1,4). Su estructura es muy parecida a la de la celulosa, por ello da consistencia a caparazones de artrópodos y a paredes celulares fúngicas.

B) Heteropolisacáridos

Están constituidos por dos o más monosacáridos distintos. Entre los más conocidos se encuentran los siguientes:

• Hemicelulosa: Componente de la matriz de la pared celular.
• Gomas: Forman parte de algunas secreciones vegetales y tienen papel defensivo.
• Mucílagos: Tienen la propiedad de absorber gran cantidad de agua y se encuentran en los vegetales, bacterias y algas. Ejemplo: agar-agar (producido por algas rojas).
• Mucopolisacáridos: Son de origen animal. Por ejemplo, heparina, que inhibe la coagulación de la sangre.

Funciones de los glúcidos

• Función energética:
  • Monosacáridos (glucosa, fructosa, galactosa): se utilizan para extraer la energía de sus enlaces mediante la respiración celular.
  • Disacáridos (sacarosa, lactosa): sirven como reserva de energía de rápida utilización.
  • Homopolisacáridos (almidón, glucógeno): son polímeros de reserva y constituyen un sistema perfecto para acumular gran cantidad de moléculas de glucosa en el interior, sin que por ello aumente en exceso la presión osmótica.
• Función estructural:
  • Monosacáridos (ribosa y desoxirribosa): forman parte de los ácidos nucleicos (ARN y ADN).
  • Homopolisacáridos (celulosa y quitina): la celulosa constituye la pared de las células vegetales. La quitina forma el exoesqueleto de artrópodos.
  • Heteropolisacáridos (hemicelulosa): forma parte de la pared de las células vegetales.

Lípidos

Definición y Propiedades

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O, y algunos pueden contener también P y N.

Propiedades:

• No son solubles en agua y otros disolventes polares, pero sí son solubles en disolventes orgánicos, como el benceno, el éter o acetona.
• Presentan un aspecto graso, es decir, poseen un brillo característico y son untuosos al tacto.
• Son compuestos reducidos que al oxidarse liberan energía.

Ácidos Grasos

Carácter anfipático

Tienen dos zonas diferentes: una zona polar, el grupo carboxilo (-COOH), que puede establecer enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares, como el agua; y una zona apolar, la cadena carbonada, fuertemente hidrófoba, que tiende a formar enlaces por fuerzas de Van der Waals con otras cadenas semejantes. Debido a esta característica, al entrar en contacto con agua, los ácidos grasos orientan las cabezas polares hacia ella mientras que las colas apolares se sitúan en posición opuesta. Esto da lugar a la formación de estructuras esféricas (micelas), monocapas y bicapas. La disposición en monocapa se produce cuando los ácidos grasos se sitúan en la interfase entre el agua y un medio no polar (por ejemplo, el aire). Si los ácidos grasos se dispersan en el interior del agua, se disponen en bicapas.

• Son insolubles en agua debido al gran tamaño de la zona hidrófoba.
• Punto de fusión: Este depende de la longitud de la cadena y del grado de insaturación que presente. En los ácidos grasos saturados, el punto de fusión aumenta con el número de átomos de C, porque a mayor número de átomos de C, mayor número de enlaces por fuerzas de Van der Waals y mayor gasto de energía para conseguir la fusión. En los ácidos grasos insaturados los puntos de fusión son más bajos porque los dobles enlaces dificultan la formación de enlaces por fuerzas de Van der Waals.

Ceras

Son moléculas estructurales que resultan de la esterificación de un ácido graso de cadena larga con un alcohol. Las ceras desempeñan una función de protección, por lo que pueden aparecer recubriendo la superficie de órganos vegetales (frutos, tallos), como impermeabilizante de algunas estructuras tegumentarias de los animales (por ejemplo, las plumas de las aves) o en los panales construidos por las abejas.

Fosfoglicéridos (fosfolípidos)

Los fosfoglicéridos son triésteres de glicerina; esta molécula se denomina ácido fosfatídico. Su unión con un aminoalcohol origina el fosfoglicérido completo. Los fosfolípidos se caracterizan por su comportamiento anfipático, es decir, tienen una parte polar soluble en agua y otra apolar insoluble; de esta propiedad deriva su función biológica. Todas las membranas celulares están constituidas por una doble capa fosfolípídica en la que las colas apolares de ambas capas quedan enfrentadas entre sí, mientras que las cabezas polares se orientan hacia el medio externo e interno, ambos acuosos. Por lo tanto, tienen función estructural.

Esfingolípidos

Tienen carácter anfipático, son ésteres formados por la unión del alcohol esfingosina y un ácido graso mediante un enlace amida, que da lugar a una ceramida, a la que se une una molécula polar. Según la naturaleza de la molécula polar que se une a la ceramida se distinguen dos clases de esfingolípidos:

• Esfingomielinas: Su grupo polar está formado por el ácido fosfórico unido a un aminoalcohol. Son abundantes en las vainas de mielina que rodean a los axones neuronales. Función estructural.
• Glucoesfingolípidos: Su grupo polar es un glúcido. Estas moléculas desempeñan un papel importante como antígenos celulares, que permiten el reconocimiento celular. Cuando el glúcido es un monosacárido, los glucoesfingolípidos se denominan cerebrósidos, mientras que si se trata de un polisacárido se denominan gangliósidos.

Lípidos insaponificables

Se incluyen en este grupo lípidos que no contienen ácidos grasos en su composición (tampoco son ésteres) y, por tanto, no llevan a cabo la reacción de saponificación. Se distinguen tres tipos: terpenos, esteroides y prostaglandinas.

Terpenos

Los terpenos son polímeros de la molécula isopreno, se encuentran en los vegetales. Poseen una enorme diversidad de estructuras y funciones:

• Esencias vegetales (limoneno, mentol…): dan sabor y olor.
• Algunas vitaminas (A, E y K): con función reguladora.
• Algunos actúan como pigmentos fotosintéticos, como los carotenoides.
• Otros participan en el transporte de electrones, como el coenzima Q.

Esteroides

Derivan del esterano (ciclopentanoperhidrofenantreno). Comprende moléculas muy activas biológicamente:

• El colesterol: Confiere estabilidad a las membranas de las células animales. También se encuentra en el plasma unido a proteínas. Es precursor del resto de esteroides, como los que figuran a continuación:
  • Hormonas suprarrenales: aldosterona (favorece la retención de agua y Na y la eliminación de K en el riñón); cortisol (regula el metabolismo de los glúcidos).
  • Hormonas sexuales: progesterona (hormona del embarazo), testosterona (regula los caracteres sexuales masculinos) y estradiol (regula los caracteres sexuales femeninos).
  • Ácidos biliares: que provocan la emulsión de las grasas durante los procesos digestivos.
  • 7-deshidrocolesterol: molécula que se transforma en la vitamina D₃ por la acción de los rayos ultravioleta. La vitamina D favorece la mineralización de los huesos. Su carencia ocasiona raquitismo.

Funciones de los lípidos

• Reserva energética: grasas y aceites.
• Estructural: glicerofosfolípidos, esfingolípidos y colesterol. Formadores de membranas.
• Protectora: ceras y acilglicéridos. Protección mecánica y evitan la pérdida de agua.
• Transporte: lipoproteínas. Transportan lípidos en la sangre.
• Reguladora o biocatalizadora: como precursores de vitaminas y diversas hormonas.
• Aislante térmico: grasas.

Proteínas

Enlace peptídico

Es el enlace covalente que se establece entre el grupo carboxilo de un aminoácido y el grupo amino de otro, con el desprendimiento de una molécula de agua. Se trata de un proceso de condensación. A su vez, este enlace puede ser hidrolizado, separándose los aminoácidos. En el enlace peptídico, los átomos del grupo carboxilo y los del grupo amino se sitúan en el mismo plano, con ángulos y distancias concretas. El esqueleto de una cadena polipeptídica se asemeja más a una sucesión de placas planas articuladas que a un rosario de cuentas. La unión de muchos aminoácidos constituye un polipéptido.

Estructura primaria

Está determinada por la secuencia de aminoácidos; se refiere al número, tipo y orden en que están colocados. Siempre existe un extremo con un aminoácido cuyo grupo amino está libre y otro extremo con un aminoácido con el grupo carboxilo libre. Cuando la proteína se desnaturaliza no pierde la estructura primaria.

Estructura secundaria

Se refiere a la disposición que adopta la cadena de aminoácidos (estructura primaria) en el espacio para que sea estable. Se organiza en función de la electronegatividad del N y del O. Hay dos tipos principales: α-hélice y β-lámina.

Estructura terciaria

Es la disposición que adopta en el espacio la estructura secundaria, es decir, se trata de la disposición tridimensional final (forma nativa de la proteína). De la estructura terciaria depende la función de la proteína, por lo que cualquier cambio en la disposición de esta estructura puede provocar la pérdida de la actividad biológica. La estructura terciaria es un conjunto de plegamientos que se originan por la unión entre determinadas zonas de la cadena. Estas uniones se realizan por medio de enlaces entre las cadenas laterales R de los aminoácidos. Los enlaces pueden ser de cuatro tipos:

• Puentes disulfuro (-S-S-).
• Grupos sulfhidrilo (-SH).
• Fuerzas electrostáticas.
• Puentes de hidrógeno.

Estructura cuaternaria

Esta estructura la presentan aquellas proteínas que están formadas por varias cadenas o subunidades. La estructura cuaternaria es, sencillamente, la disposición relativa que adoptan las subunidades proteicas entre sí. La unión entre ellas se realiza mediante los mismos tipos de enlaces que mantienen la estructura terciaria, establecidas en este caso entre las cadenas laterales de los aminoácidos de las distintas subunidades.

Propiedades de las proteínas

a) Especificidad

Cada especie sintetiza sus propias proteínas, distintas de las de otras especies, incluso con diferencias entre seres de la misma especie. La especificidad se debe a que la síntesis de proteínas está gobernada por la dotación genética del individuo. Una manifestación de la especificidad es el rechazo a trasplantes. Permite construir árboles filogenéticos ya que las proteínas son la expresión de la información genética.

b) Desnaturalización

Es la pérdida total o parcial de los niveles de estructura superiores al primario. La desnaturalización se debe a la ruptura de los enlaces de la estructura cuaternaria, terciaria y secundaria. Este proceso puede ser reversible o irreversible. En el primer caso, es posible recuperar la conformación nativa de la proteína cuando cesa la acción de los factores que han producido su desnaturalización, proceso conocido como renaturalización. Entre los factores que pueden provocar la desnaturalización se encuentran las variaciones de presión, el aumento de temperatura y las variaciones de pH, así como los cambios en la concentración salina. Cuando se destruye la estructura terciaria, puede volver a recuperarse; cuando es la secundaria, la desnaturalización es total.

c) Solubilidad

Gran parte de las proteínas son solubles en agua e insolubles en alcohol y en disolventes de lípidos. La solubilidad de cada proteína depende de factores como su tamaño, estructura, aminoácidos que la conforman y del pH. La solubilidad se debe a que, al ionizarse los radicales, establecen puentes de hidrógeno con moléculas de agua, lo cual impide que se puedan unir a otras proteínas, lo que provocaría su precipitación. Es decir, existe una capa de solvatación de agua alrededor de cada molécula proteica que impide la unión entre ellas. Las proteínas con estructura terciaria fibrilar son insolubles, las de estructura globular son solubles.

Funciones de las proteínas

• Estructural: formaciones epidérmicas (queratina de la epidermis).
• Enzimática: actúan como biocatalizadores de las reacciones que tienen lugar en los seres vivos.
• Hormonal: hay hormonas de naturaleza proteica, como la insulina y el glucagón.
• Homeostática: algunas colaboran para mantener constante el medio interno, como el fibrinógeno y la fibrina, que intervienen en la coagulación de la sangre, y la seroalbúmina, que ayuda a mantener constante el pH.
• Defensiva: como las inmunoglobulinas de la sangre, que actúan como anticuerpos (rechazan moléculas extrañas que se introduzcan), y las mucinas, que tienen acción germicida y protectora de las mucosas.
• Transporte: proteínas transportadoras de las membranas, la hemoglobina, que transporta oxígeno, las lipoproteínas, que transportan lípidos.
• Contráctil: hacen posible el movimiento y la locomoción de los organismos, como la actina y la miosina, que intervienen en la contracción muscular.
• Reserva: aunque las proteínas no son carburantes, existen ciertas clases, como la ovoalbúmina de la clara de huevo y la caseína de la leche, que constituyen un almacén de aminoácidos para ser utilizados como elementos nutritivos.
• Reconocimiento celular: las glucoproteínas de la membrana celular actúan como antígenos.
• Regulación de la diferenciación celular: actúan en procesos de activación o inactivación de la información genética. Ej.: polimerasas.