Análisis de magnitudes bioquímicas relacionadas con el metabolismo de los glúcidos

Análisis de Glúcidos y su Metabolismo

Los Glúcidos o Azúcares

Los glúcidos o azúcares son compuestos orgánicos formados fundamentalmente por C, H y O que adop- tan una estructura en forma de cadena carbonada dotada de varios grupos hidroxilo (OH) y de un grupo carboni- lo (C=O). Inicialmente se pensó que todos los glúcidos contenían H y O en una proporción 2:1 (con la fórmula empírica Cn(H2O)n de la que procedía la denominación de hidratos de carbono), sin embargo hoy día se conoce que existen compuestos con esta fórmula que no poseen las propiedades de los glúcidos y, al contrario, existen glúcidos que no presentan la fórmula empírica de los hidratos de carbono.

H C=0 H-C-O-H H-O-C-H H-C-O-H H-Č-O-H H-C-O-H H-C-O-H H H La glucosa, un polihidroxialdehido La ribulosa, una polihidroxicetona

Los glúcidos son un grupo de compuestos car- bonados en los que se incluyen polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas derivados de polihidroxialcoholes (por un proceso de deshidrogenación de un grupo al- cohólico a carbonilo: C-OH -> C=O). Existen varieda- des de azúcares dotadas de otros grupos químicos del tipo del amino (C-NH2) o del ácido fosfórico (C-O- PO3H2).

Los glúcidos son los compuestos más frecuentes en la naturaleza, donde cumplen diversas funciones, entre las que destacan las siguientes:

• Son los elementos a partir de los cuales el organismo puede obtener energía más rápidamente para llevar a cabo sus diversas actividades (glucosa).
• Realizan funciones de reserva energética (glucógeno).
• Tienen funciones estructurales (celulosa).

Higado Lactato Glucosa Glucógeno Lactato Sanguines Curiosa Sanguinea Músculo ----

Para hacernos una idea de la importancia de los azúcares, basta saber que el 50% de las calorías que re- cibe el organismo a través de la dieta es aportado por estos compuestos orgánicos.

Clasificación de los Glúcidos

Los glúcidos pueden clasificarse de forma general en cuatro grandes grupos: monosacáridos, disacári- dos, oligosacáridos y polisacáridos.

• Los MONOSACÁRIDOS son los glúcidos más sencillos. Están constituidos por una sola molécula formada por una cadena carbonada con varios grupos hidroxilo (OH) y uno carbonilo (C=O). H H-C-O-H C=0 H-C-O-H H-C-O-H
• Los DISACÁRIDOS resultan de la unión de dos monosacáridos por medio de un enlace glucosídico (formado entre el grupo hidroxilo del carbono carbonílico de uno de los monosacáridos y un grupo hidroxilo del otro monosacárido).
• Los OLIGOSACÁRIDOS son polímeros de monosacáridos con un número de unidades comprendi- do entre 3 y 10. La unión entre unidades se hace por medio de enlaces glucosídicos.
• Los POLISACÁRIDOS son polímeros de monosacáridos con un número de unidades mayor de 10. La mayoría de estos compuestos presentan unidades repetitivas de uno o dos monosacáridos.

Tanto los disacáridos, como los oligo y polisacáridos dan lugar a monosacáridos cuando son afectados por un proceso de hidrólisis.

Monosacáridos

Como ya sabemos, son los glúcidos más sencillos, ya que están formados por una sola molécula. De acuerdo con el número de átomos de carbono que posean, se denominan triosas (3), tetrosas (4), pentosas (5), hexosas (6) y heptosas (7); son raros los monosacáridos con mayor número de carbonos.

Los monosacáridos más importantes desde el punto de vista biológico son las hexosas, que constituyen la mayor parte de los glúcidos ingeridos con los alimen- tos, concretamente, la glucosa es el monosacárido más abundante en la naturaleza. Otras hexosas presentes de forma amplia en la alimentación son la galactosa y la fructosa. También las pentosas incluyen algunos mono- sacáridos de gran importancia biológica, estamos hablan- do de la ribosa y la desoxirribosa, elementos fundamenta- les de los ácidos nucleicos.

Triosas (3 carbonos) Pentosas (5 carbonos) Hexosas (6 carbonos) H H C-0 C-0 H-C-OH H H-C-OH HO-C-H C-0 H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH H H H Gliceraldehido Ribosa Glucosa (CJ20)

Por otra parte, en la naturaleza se encuentran diversos monosacáridos cuya estructura deriva de los hi- dratos de carbono, pero no se ajusta a su fórmula empírica totalmente. Los más importantes pertenecen a los azúcares ácidos (formados por oxidación de alguno de los grupos -OH), dentro de los cuales podemos hablar del ácido ascórbico o vitamina C y del ácido glucurónico (muy relacionado con los procesos de desintoxicación llevados a cabo por el hígado). Además, debemos hablar de los aminoazúcares, que se forman por sustitución de un grupo -OH por un grupo amino (-NH2); dentro de este apartado destacaremos la glucosamina y la galacto- samina. Por fin, existen otros azúcares en los que el H de un grupo -OH ha sido sustituido por un grupo fosfato; estamos hablando de los fosfoazúcares entre los que podemos destacar, por ejemplo, la fructosa-6-fosfato.

0= c HO-C-H H-C-OH 1 HO-C-H O HO-C-H HO-C-H HO -C-H 1 H-C-OH - HO-C-H H-C H-C-OH H-C-OH 1 1 CH2OH CH2OH CH2OH CH20-PO3 H2 Ac. Ascorbico Ac. glucurónico H O CH2OH Č=0 1 - 1 H-C H-C-OH 1 1 1 1 Glucosamina Fructosa-6-fosfato 0- C H-C-NH2 - H-C-OH I

En solución acuosa, el grupo carbonilo de los monosacáridos reacciona con uno de los grupos OH de la misma molécula y forma un enlace llamado hemiacetálico a consecuencia del cual el monosacárido adopta una estructura cíclica. Todos los monosacáridos presentan en solución acuosa estructuras cíclicas. Los anillos que se forman con mayor frecuencia son los de seis eslabones (piranosas) y los de cinco eslabones (furanosas) ya que son las estructuras más estables. Las formas hemiacetálicas pueden existir de dos maneras distintas, denomina- das a y ß, dependiendo de que el grupo OH del carbono carbonílico (ahora llamado anomérico) se encuentre hacia abajo (a) o hacia arriba (B). Ambas formas desvían la luz polarizada de manera diferente y, en solución acuosa, se encuentran en equilibrio.

H OH c=0 H-C-H H-C-H 0 CH,OH OH H OH H H H OH \ OH A H H H H OH H-C-OH H OH H H OH Piranosa glucosa Furanosa desoxirribosa

Disacáridos

Son glúcidos formados por la unión de dos moléculas de monosacáridos a través de un enlace glucosí- dico. Dicho enlace se forma entre el grupo hidroxilo del carbono carbonílico de uno de los monosacáridos y un grupo hidroxilo del otro monosacárido con pérdida de una molécula de agua.

CH2 OH CH, OH CH2 OH CH2 OH 0 0 0 0 H H H H H H H H H H H H + HO OH H OH H OH HO OH H OH H OH H OH H OH ENLACE O-GLUCOSÍDICO

Los disacáridos más abundantes en la naturaleza son la maltosa, la lactosa y la sacarosa. La maltosa está formada por dos moléculas de glucosa; es un producto intermedio que se obtiene en la hidrólisis del almidón y del glucógeno. La lactosa se encuentra en abundancia en la leche y está constituida por una molécula de glucosa y otra de galactosa. La sacarosa es el azucar comercial de origen vegetal y está formada por una molécula de glucosa y otra de fructosa.

Polisacáridos

Son compuestos de peso molecular elevado formados por la unión de un número superior a 10 monosa- cáridos a través de enlaces glucosídicos idénticos a los vistos anteriormente. Constituyen la parte más abundante de los azúcares presentes en la naturaleza (debido fundamentalmente a que la glucosa tiende a polimerizar para formar estos compuestos).

Clasificación de Polisacáridos

Los polisacáridos pueden agruparse, de acuerdo con su composición, en dos tipos principales: los ho- mopolisacáridos y los heteropolisacáridos según que estén formados por la repetición de un solo monosacárido o de más de uno. Además, los polisacáridos pueden unirse a las proteínas para formar glicoproteínas.

• Homopolisacáridos: son aquellos polisacáridos formados por la repetición de un solo tipo de mono- sacárido. Dentro de ellos se distinguen dos subvariedades en base a su función: estructurales y de reserva. CHỊOH CHỊOH 6 6 CHỊOH CHỊOH 5 O H H H H H H H H H OH H 4 OH H OH OH H 1 0 O 3 2 2 3 2 2 H OH H OH H OH H OH 5 O 5 5 O H H H 4 H O 3 Glucosa a (for- ma anular) Forma de glucosa de cadena recta Glucosa B (forma anular) CH,OH 0 H-C-OH 5 0 O H C 0 H IL IL C OH H H-C-OH HO 2 H C H-C-OH H OH H I-8 エ ー ジ ー チ HO-C-H H C C OH HO 1 + HO TH 0 H 2 OH H OH O OH Ho Homopolisacáridos estructurales: constituyen un grupo de azúcares cuyas funciones son las de formar parte de diversas estructuras celulares y orgánicas, como son las paredes celulares, los espacios intercelulares y los tejidos de sostén. El homopolisacárido estructural más abundante en la naturaleza es la CELULOSA de las plantas, que es un polisacárido lineal formado por mo- léculas de glucosa. La QUITINA es otro homopolisacárido estructural formado por moléculas de N-acetil-glucosamina; dicho material se encuentra en el caparazón de los insectos y crustá- ceos combinado con depósitos de carbonato cálcico y proteínas.
• Homopolisacáridos de reserva: son macromoléculas que se depositan en el citoplasma de algu- nas células en forma de gránulos y constituyen reservas que utilizan las células cuando lo re- quieren sus necesidades. El GLUCÓGENO es el polisacárido de reserva de las células animales y está formado por moléculas de glucosa con ramificaciones; es especialmente abundante en hí- gado (donde puede representar el 10% de su peso seco) y en músculo. El ALMIDÓN es el poli- sacárido de reserva de las células vegetales y está formado por dos fracciones: la amilopectina (polímero ramificado de glucosa) y la amilosa (polímero lineal de glucosa).
• Heteropolisacáridos: están formados por la repetición de más de un monosacárido. Pueden diferen- ciarse en dos grupos dependiendo de que sólo contengan monosacáridos con estructura hidrocarbo- nada o aminoazúcares y derivados; estos últimos se denominan mucopolisacáridos y son los que nos interesan. La función principal de los mucopolisacáridos es la de servir como lubricante o como cemento intercelular flexible. Los más importantes son el ACIDO HIALURONICO (formado por ácido glucurónico y N-acetil-glucosamina y que se encuentra presente en el líquido sinovial y en el tejido conectivo), el CONDROITIN-4-SULFATO (formado por ácido glucurónico y N-acetil- galactosamina-4-sulfato y que está presente en el cartílago) y la HEPARINA (formada por gluco- samina-6-sulfato, ácido glucurónico-2-sulfato y ácido idurónico; posee propiedades anticoagulan- tes). CH2OH CH2OH o 3S O COO- COO- O O o O O OH OH OH NH 1 1 OH COCH3 OH COCH3 n Acido hialurónico Condroitin-4-sulfato
• Glicoproteínas: son proteínas que llevan unidas moléculas de azúcares. El porcentaje de peso del azucar unido a la proteína puede variar desde un 1% hasta un 80%. Las glicoproteínas se encuentran localizadas principalmente en el exterior de las células y como ejemplos más representativos pode- mos hablar de las inmunoglobulinas, los proteínas de los grupos sanguíneos, diversos enzimas (co- linesterasa) y hormonas (FSH, TSH), la hemoglobina glicosilada, etc.

Digestión y Metabolismo de los Azúcares

Digestión de los Azúcares

La mayor parte de los azúcares que se ingieren en la alimentación son polisacáridos, disacáridos (saca- rosa) y sólo una pequeña proporción corresponde a monosacáridos libres, principalmente glucosa. En el tubo digestivo, los polisacáridos (PS) son hidrolizados por la acción de varios enzimas en sus monosacáridos (MS) constituyentes, que son las formas que se absorben en el intestino. El proceso de hidrólisis de los PS se inicia en la boca por acción de la amilasa salivar (que transforma los PS en oligosacáridos -> OS); la acidez del estómago incrementa la hidrólisis y, ya en el intestino delgado, la acción de la amilasa pancreática da lugar a disacáridos (DS), especialmente maltosa, lactosa y sacarosa. Estos DS son descompuestos en MS en la membrana de las células intestinales por acción de disacaridasas específicas (maltasa, lactasa y sacarasa).