Carbohidratos
Monosacáridos
Isómeros
Stereoisómeros
Número de átomos de carbono
Atomos de carbono asimétricos
Triosis y pentosis
Hexosis
Isómeros
Los monosacáridos pueden dividirse en grupos en función del número de átomos de carbono de las moléculas, así: las triosas tienen 3 átomos de C, las tetrosas tienen 4 átomos de C, las pentosas tienen 5 átomos de C y las hexosas tienen 6 átomos de C. Dentro de cada uno de estos grupos hay diferentes compuestos, cada uno con la misma fórmula molecular. Por ejemplo, tanto la glucosa como la fructosa son hexosas (C6H12O6), pero tienen propiedades químicas y físicas diferentes. Este tipo de compuestos se denominan isómeros.
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Estereoisómeros
Algunos isómeros difieren sólo en la forma en que los átomos están dispuestos en el espacio tridimensional, es decir, los átomos están unidos entre sí de la misma manera, pero están dispuestos de forma diferente en el espacio tridimensional. Por lo tanto, los azúcares pueden existir como pares de estereoisómeros o enantiómeros que son imágenes especulares entre sí. El átomo C central de la glicerosa se denomina átomo C asimétrico porque puede reorganizarse en el espacio para producir dos estructuras diferentes. Estas diferencias no afectan a las propiedades físicas, pero pueden afectar a las propiedades bioquímicas al cambiar la forma de la molécula. Un isómero L tiene el OH a la izquierda del carbono central:
y el isómero D tiene el OH a la derecha del carbono central.
Para distinguir entre los isómeros, se etiquetan como isómeros L y D. La L se toma de la palabra latina para izquierda, Laever, y la D se toma de la palabra latina para derecha, Dexter.
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Numeración de los átomos de carbono
Transcripción de la numeración:
Los átomos de carbono se numeran empezando por el extremo reactivo de la molécula, el CHO (aldehído) o «C» de doble enlace «O» (carbonilo) de la molécula. A continuación, cada átomo de carbono se numera en orden hasta el final de la cadena. Al numerar los estereoisómeros que tienen más de tres átomos de carbono nos fijamos en la posición del grupo OH en el penúltimo o penúltimo átomo de carbono porque esto determina si es un estereoisómero L o D. En este ejemplo veremos la numeración de la D-Glucosa. Primero debemos encontrar el extremo reactivo de la molécula y asignar a su carbono el número uno. A continuación, numeramos los restantes carbonos en orden hasta el final de la cadena.
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Átomos de carbono asimétricos
En teoría, en la glucosa, la posición del grupo OH en cada uno de los átomos de carbono asimétricos, los números dos, tres, cuatro y cinco podría invertirse, produciendo un estereoisómero distinto cada vez, para un total de 16 o 24 estereoisómeros. Sin embargo, no todos ellos existen en la naturaleza. En el caso de la fructosa, sólo hay tres carbonos asimétricos, por lo que sólo se pueden producir 8 o 23 estereoisómeros.
La glucosa tiene un grupo aldehído (-CHO) en el átomo de carbono número uno y por ello se denomina «aldosa», también tiene seis átomos de carbono (una hexosa) por lo que se puede denominar «aldohexosa». El grupo reactivo de la fructosa, sin embargo, es un grupo cetona (-C=0) en el carbono número dos. Por lo tanto, se denomina «cetosa» o «cetohexosa».
Sólo unos pocos monosacáridos existen libres en la naturaleza. La mayoría de ellos suelen encontrarse como unidades de azúcar en polisacáridos o en moléculas más complejas. Pueden obtenerse por hidrólisis (descomposición) de los CHO complejos. Los monosacáridos suelen llamarse azúcares simples, y se subdividen según el número de átomos de C.
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Triosas y pentosas
1. Triosas: (C3H6O3)
La glicerosa- tiene dos isómeros, el gliceraldehído, que contiene un grupo aldehído (-CHO) y la dihidroxiacetona, que contiene un grupo cetona (-C=0). Estos compuestos son importantes intermediarios metabólicos en la oxidación de la glucosa para producir energía. La configuración de la glicerosa se utiliza para establecer las formas D & L de otros azúcares.
2. Pentosas (C5H10O5)
Tres pentosas importantes son:
D-ribosa – un componente del ARN, el ácido ribonucleico, las vitaminas (riboflavina) y las coenzimas. También es importante en los compuestos de alta energía, ATP y ADP. En su forma reducida, la desoxirribosa, es un componente del ADN.
L-arabinosa – se encuentra en el duramen de las coníferas y es un componente de las hemicelulosas donde aparece con la xilosa. También es un componente de la pectina y puede ser un componente importante de las gomas (goma arábiga). La acción bacteriana en el ensilado puede producir arabinosa libre. Los arabanos son polímeros de arabinosa.
D-xilosa – hay pequeñas cantidades de D-xilosa libre en las frutas, pero se presenta principalmente en la hemicelulosa, como xilanos y heteroxilanos. La hemicelulosa es un polisacárido de xilosa y arabinosa (un heteroxilano). La proporción de xilosa y arabinosa parece afectar a la digestibilidad, ya que ésta se reduce a medida que aumenta la proporción de xilosa.
Las hemicelulosas constituyen una parte considerable de las paredes celulares de las plantas, por lo que los herbívoros consumen grandes cantidades de ellas. Estos azúcares son todos aldopentosas.
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Hexosas
3. Hexosas (C6H12O6)
D-glucosa – una aldohexosa con varios nombres comunes, incluyendo azúcar de uva, dextrosa, azúcar de maíz (hecha de almidón de maíz). Se encuentra libremente en las plantas, las frutas, la miel y los fluidos corporales, incluidos el LCR, la sangre y la linfa. Es el principal producto final de la digestión de CHO por parte de los no rumiantes y, por lo tanto, es una forma de energía primaria para los no rumiantes. Es un componente principal de muchos oligosacáridos (con la galactosa forma la lactosa) y polisacáridos (como el almidón y la celulosa).
Transcripción del anillo de la D-Glucosa:
En solución, la D-Glucosa existe como una mezcla en equilibrio de la forma de cadena recta con dos formas de anillo de piranosa. Efectivamente, el átomo de carbono número uno reacciona con el átomo de carbono número cinco formando un anillo. De hecho, existen dos formas de la estructura, llamadas anómeros. Si el átomo de hidrógeno está por encima del átomo de carbono uno, se llama anómero alfa, pero si el átomo de hidrógeno está por debajo del átomo de carbono, se llama anómero beta.
Esta información estructural es muy importante porque gobierna la forma en que las moléculas de glucosa se unen para formar moléculas más grandes. El almidón es un polímero de la forma a y es soluble en agua y digerible por las enzimas animales. La celulosa es un polímero de la forma b, no es soluble y no es digerible por las enzimas animales.
El cambio de a a b a través de una estructura de cadena abierta se llama mutarotación, y requiere que el enlace O-C se rompa para permitir que el C gire el H y el OH al revés. A continuación, se rehace el enlace. Los otros monosacáridos también hacen formas de anillo.
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D-Fructosa – una cetohexosa, que se encuentra en la miel, las hojas verdes, las semillas y los tallos de muchas plantas, como la unidad principal en los fructanos que son comunes en las hierbas jóvenes, en las raíces como el polisacárido de almacenamiento inulina, y como un componente del disacárido sacarosa (con glucosa).
También forma anillos de piranosa pero cuando reacciona para hacer oligo o polisacáridos lo hace como una estructura de anillo de FURANOSA (como el FURAN). En este caso el átomo de carbono anomérico es el C-2, y el CH2OH está por encima del carbono anomérico (anómero alfa), como en la sacarosa o por debajo como en los FRUCTANOS (anómero beta).
D-Galactosa – una aldohexosa, que no se encuentra libre, más importante como componente del disacárido lactosa, el azúcar de la leche (con la glucosa). También se encuentra en otros CHO complejos y en lípidos complejos del cerebro y del tejido nervioso (galactoglicéridos y cerebrósidos).
D-Manosa – Principalmente como mananos en levaduras, mohos y bacterias.
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Reacciones de la Hexosa
Los compuestos de la Hexosa pueden sufrir una serie de reacciones químicas.
- Oxidación a ácidos
- por ejemplo, la glucosa, la oxidación de CH2OH a COOH produce ácido glucurónico que es un componente importante de los heteropolisacáridos, como las pectinas.
- Combina con NH3 para producir hexosaminas, por ejemplo, la glucosamina – un componente de la quitina.
- Formación de alcoholes, por ejemplo, la glucosa forma sorbitol.
- Fosforilación a fosfatos de hexosa, por ejemplo, glucosa-l-fosfato y glucosa-6-fosfato; que son importantes intermediarios en la oxidación de la glucosa a CO2 + H2O para producir energía.
- Formación de glucósidos para producir di, tri, tetra, oligo y polisacáridos.
Formación de glucósidos
La combinación del H de un grupo hidroxilo de un azúcar con un grupo alcohol u otro grupo hidroxilo provoca una reacción de Esterificación o Condensación para producir un glucósido. Esto ocurre en el átomo C uno, el átomo C anomérico.
Como los azúcares contienen grupos alcohol y grupos hidroxilo, pueden combinarse con otros azúcares para formar disacáridos, tri, tetra, etc. y polisacáridos, todos unidos por enlaces glucosídicos.
Ejemplos:
- Gluc-Gluc, a-1-4 es Maltosa
- Puede reaccionar en la forma a o b para hacer enlaces a o b
- También puede reaccionar en la posición 6 dando lugar a enlaces a-1, 6. Este es un punto de ramificación en los polímeros.
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