0B2BGLA(2009).04 27/3/09 10:51 4 Página 56 Glúcidos 1. ¿A qué tipo de moléculas se denomina glúcidos? 2. ¿Cuántas clases de glúcidos existen? 3. ¿A qué se llama estereoisomería? ¿Tiene alguna importancia la estereoisomería en los seres vivos? 4. ¿Cuáles son las funciones biológicas de los glúcidos? 5. ¿Qué son los polisacáridos? ¿Qué tipos existen? Los glúcidos son uno de los cuatro grupos que constituyen las biomoléculas orgánicas. La mayoría proporciona energía a los organismos vivos, aunque existen algunos que desempeñan otras funciones en la actividad vital. Lo que tienen en común todas las moléculas pertenecientes a este grupo es su composición química, en la que siempre existen varios grupos hidroxilo y uno o más grupos carbonilo. 56 0B2BGLA(2009).04 27/3/09 10:52 Página 57 generales 1 Características y clasificación de los glúcidos Los glúcidos son moléculas orgánicas que contienen átomos de C, H y O; algunos de ellos poseen también átomos de N. Con frecuencia se denominan azúcares, ya que muchos de ellos tienen sabor dulce, y también reciben el nombre de hidratos de carbono, porque su fórmula empírica Cn(H2O)m parece corresponder a combinaciones de carbono con agua. Sin embargo, esta denominación resulta incorrecta, pues los glúcidos son polialcoholes con un grupo funcional carbonilo1 (aldehído o cetona); es decir, constituyen polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Esta composición química es común a todos los glúcidos. Se trata, fundamentalmente, de moléculas energéticas, es decir, que son utilizadas por los seres vivos como material para obtener energía, aunque también existen otros glúcidos no energéticos que cumplen diversas funciones. Recuerda Las fórmulas empíricas tienen escasa utilidad en Química orgánica, ya que no son indicativas de la estructura molecular. Por lo general, se emplean fórmulas desarrolladas o semidesarrolladas que muestran claramente los enlaces existentes entre los átomos que forman la molécula. Recuerda la fórmula desarrollada de los grupos funcionales alcohol, aldehído y cetona. Se puede realizar una sencilla clasificación de los glúcidos atendiendo a su complejidad: 쐌 Monosacáridos u osas. Comprenden los glúcidos más simples, que no pueden ser hidrolizados. Según el tipo de grupo funcional que presentan, los monosacáridos se dividen en: 쐌 Aldosas: el grupo carbonilo es un aldehído. O H C 쐌 Cetosas: llevan un grupo cetona. 쐌 Ósidos. Son moléculas más grandes, formadas por la unión de varios monosacáridos. Pueden experimentar reacciones de hidrólisis que liberan los monosacáridos componentes. CH2OH H C OH H C OH CH2OH Según el número de monosacáridos que poseen, los ósidos se clasifican en: aldosa H C O C OH CH2OH cetosa 쐌 Oligosacáridos: formados por unión de dos a nueve monosacáridos. 쐌 Polisacáridos: compuestos por un número elevado de monosacáridos. No se debe confundir el significado de los términos cetona y cetosa. El primero indica un grupo funcional y designa las moléculas que lo portan, mientras que el segundo corresponde específicamente a una molécula glucídica en la que existen, además de un grupo cetona, varios grupos hidroxilo. Glucolípidos y glucoproteínas Los glúcidos se encuentran a veces unidos a otras moléculas orgánicas, como lípidos y proteínas, con las que forman asociaciones con funciones particulares. En otras unidades se estudiará el papel desempeñado por glucolípidos y glucoproteínas. ctividades 1 Según la clasificación indicada, ¿qué tipo de glúcido sería un disacárido? 2 PAU Los glúcidos son moléculas con un papel relevante en la célula. Las siguientes fórmulas corresponden a dos glúcidos: una aldosa y una cetosa, respectivamente. Identifica cada una de ellas. O H C CH2OH H C OH C O HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH2OH 1 CH2OH 57 4. Glúcidos grupo carbonilo: grupo compuesto por un átomo de carbono y otro de oxígeno, unidos por un doble enlace, que constituye el grupo funcional de aldehídos y cetonas. 0B2BGLA(2009).04 27/3/09 10:52 Página 58 2 Monosacáridos Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos y, por ello, las células pueden utilizarlos directamente como fuente energética. Los ósidos, sin embargo, deben ser previamente hidrolizados. 2.1. Propiedades de los monosacáridos Todos los monosacáridos son moléculas sólidas cristalinas e incoloras, perfectamente solubles en agua, y tienen sabor dulce. La presencia del grupo carbonilo les confiere, además, unas propiedades reductoras que, como se verá más adelante, se utilizan para identificarlos. 4.1. Cristales de glucosa. 2.2. Estereoisomería Los glúcidos, en general, y los monosacáridos, en particular, presentan una propiedad fundamental que se denomina estereoisomería. La estereoisomería es la existencia de moléculas con la misma fórmula plana pero distinta estructura espacial. Esto sucede siempre que hay algún átomo de carbono asimétrico, es decir, un carbono que está unido a cuatro grupos diferentes. Estos carbonos asimétricos son frecuentes en los glúcidos y se identifican en la molécula con un asterisco (*). Incluso en el glúcido más sencillo, el gliceraldehído (2,3 dihidroxipropanal), se puede observar que el carbono 2 es asimétrico, pues se une a cuatro grupos distintos (CHO; OH; H; CH2OH). O 1 2 3 H C *CHOH CH2OH C gliceraldehído ctividades 3 PAU ¿Cuál es el concepto de carbono asimétrico? ¿Y el de estereoisomería? 쐌 Explica qué repercusión tiene la presencia de un carbono asimétrico. 4 PAU Todos los monosacáridos se caracterizan, en general, por las siguientes propiedades: solubilidad en agua, poder reductor e isomería óptica. 쐌 Explica ordenadamente la razón de cada uno de estos comportamientos. Para representar los estereoisómeros en el plano del papel, se utiliza habitualmente la proyección de Fischer, en la que la cadena carbonada se dispone en vertical y los grupos unidos a los carbonos asimétricos se sitúan a la izquierda y a la derecha de estos. Los dos estereoisómeros del gliceraldehído se representan de la siguiente forma según la proyección de Fischer: O H C H *C O H C OH CH2OH molécula 1 HO *C H CH2OH molécula 2 Las proyecciones de Fischer resultan muy útiles sobre el papel, pero como ambos isómeros tienen la misma fórmula plana es preciso recurrir a modelos tridimensionales para diferenciarlos con claridad. 58 I. La célula y la base fisicoquímica de la vida 0B2BGLA(2009).04 31/3/09 15:39 Página 59 Las estructuras tridimensionales serían semejantes a las siguientes: CHO CHO C C H OH H HO CH2OH CH2OH La luz polarizada La luz ordinaria se compone de infinitos planos de oscilación electromagnética que contienen a la dirección de desplazamiento del rayo luminoso. Cuando este se hace pasar por cristales de cuarzo, de turmalina o de calcita, solo se permite el paso de uno de estos planos de oscilación y la luz emergente se denomina polarizada. Esta es, por tanto, aquella en la que la vibración electromagnética se produce en un solo plano y se suele emplear para estudiar el efecto que producen, sobre ese plano de oscilación, determinadas sustancias. 4.2. Isómeros del gliceraldehído. Se puede comparar estos isómeros con nuestras manos: la mano izquierda y la derecha no pueden hacerse coincidir una con otra por mucho que las giremos. Se observa fácilmente que se trata de moléculas distintas, ya que no es posible superponerlas aunque se giren y, a pesar de que sus propiedades fisicoquímicas son iguales (punto de fusión, densidad, calor específico, etc.), ambas presentan un comportamiento diferente frente a la luz polarizada, lo que demuestra que no son idénticas. Las disoluciones de estereoisómeros son capaces de desviar el plano de polarización hacia la derecha (isómero dextrógiro) o hacia la izquierda (isómero levógiro). El primer caso se simboliza mediante el signo (⫹) y el segundo, con el signo (⫺). polarizador luz polarizada en un plano disolución con un estereoisómero desviación de la luz polarizada hacia la derecha luz no polarizada la luz no polarizada vibra en infinitos planos la luz vibra en un solo plano monosacárido dextrógiro (+) 4.3. Luz polarizada. Desviación de un plano de luz polarizada hacia la derecha al atravesar una disolución con un monosacárido. Para nombrar los distintos estereoisómeros de los monosacáridos se ha establecido el siguiente convenio: si al escribir la fórmula plana, según la proyección de Fischer, el grupo ⫺OH del carbono asimétrico queda a la derecha y el grupo ⫺H a la izquierda, el estereoisómero se denomina D. Si, por el contrario, el grupo ⫺OH queda a la izquierda, el estereoisómero se llama L. De esta manera, la molécula 1 representada en la página anterior corresponde al D-gliceraldehído y la molécula 2, al L-gliceraldehído. No existe relación directa entre la actividad óptica, dextrógira o levógira, y el carácter D o L de un determinado estereoisómero. Así, el D-gliceraldehído o la D-glucosa son isómeros dextrógiros, mientras que la D-fructosa es levógira. 59 4. Glúcidos Nomenclatura de los isómeros En realidad, la designación D-L de los estereoisómeros es una simplificación de las reglas de nomenclatura más amplias elaboradas por la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). Estas normas, válidas para cualquier molécula con carbonos asimétricos (no solamente glúcidos), designan a los isómeros con las letras R y S. Según este sistema, la designación D corresponde al isómero R, y la L, al isómero S. Sin embargo, se sigue utilizando la nomenclatura D-L para los glúcidos.