Glúcidos o hidratos de carbono

Guia bioelementos y biocompuestos

2. GLÚCIDOS O CARBOHIDRATOS
Los Glúcidos están constituidos por C, H, y O (a veces tienen N, S, o P). El nombre de glúcido deriva de la palabra "glucosa"
que proviene del vocablo griego glykys que significa dulce. Se les ha llamado hidratos de carbono porque algunos responden a
la fórmula general Cn(H2O)n y azúcares por su sabor dulce, aunque sólo los de baja masa molecular lo tienen.
Incluyen algunas de las moléculas más relevantes en la vida de los organismos, como son la glucosa, que es universalmente
utilizada por las células para la obtención de energía metabólica, el glucógeno contenido en el hígado y el músculo, que forma
la reserva de energía más fácilmente accesible para las células del organismo y la ribosa y desoxirribosa que forman parte de
la estructura química de los ácidos nucleicos.
La estructura básica de un carbohidrato es una cadena de carbonos con varias funciones:

Los carbohidratos son polialcoholes aldehídos o polialcoholes cetona, o sustancias que por hidrólisis producen tales
compuestos. Los más simples son dulces y solubles en agua. Los de alto peso molecular forman dispersiones coloidales o
bien no se dispersan, aunque todos ellos son muy hidrofílicos.

3. FUNCIONES
En los seres vivos las funciones de los carbohidratos se pueden generalizar en:

 Energéticas (glucógeno en animales y almidón en vegetales, bacterias y hongos): La glucosa es uno de los carbohidratos
más sencillos comunes y abundantes; representa a la molécula combustible que satisface las demandas energéticas de la
mayoría de los organismos.

 De reserva: Los carbohidratos se almacenan en forma de almidón en los vegetales (gramíneas, leguminosas y
tubérculos) y de glucógeno en los animales. Ambos polisacáridos pueden ser degradados a glucosa.

 Compuestos estructurales (como la celulosa en vegetales, bacterias y hongos y la quitina en artrópodos)
Los carbohidratos estructurales forman parte de las paredes celulares en los vegetales y les permiten soportar cambios en la
presión osmótica entre los espacios intra y extracelulares. Esta, es una de las sustancias naturales más abundantes en el
planeta. En las grandes plantas y en los árboles, la celulosa, estructura fibrosa construida de glucosa, cumple la doble función
de carga y soporte. La celulosa es de origen vegetal principalmente, sin embargo algunos invertebrados tienen celulosa en sus
cubiertas protectoras. El polisacárido estructural más abundante en los animales es la quitina.

4. En los procariontes forma la pared celular construida de azúcares complejos como los péptidoglicanos y ácidos teicoicos. A
las propiedades de esta estructura se le atribuyen muchas de las características de virulencia y antigenicidad. En algunos
animales como los insectos los carbohidratos forman la quitina, el ácido condroitín sulfúrico y el ácido hialurónico,
macromoléculas de sostén del aparato muscular.
 Precursores: Los carbohidratos son precursores de ciertos lípidos, proteínas y dos factores vitamínicos, el ácido ascórbico
(vitamina C) y el inositol.

 Señales de reconocimiento (como la matriz extracelular): Los carbohidratos intervienen en complejos procesos de
reconocimiento celular, en la aglutinación, coagulación y reconocimiento de hormonas.

METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS
Cuando nuestro organismo digiere, absorbe y metaboliza los carbohidratos, éstos se transforman en glucosa que es
transportada por el torrente sanguíneo hasta llegar a los tejidos, como músculo esquelético y cardíaco, tejido adiposo y otros;
cuyo transporte al interior de la célula para generar energía es facilitado por la hormona insulina. La insulina es secretada por
la glándula pancreática para controlar los niveles de glucosa en sangre. Así, un exceso de glucosa se transforma en glucógeno
que es almacenado en el hígado o en forma de grasa en el cuerpo. Cuando nuestro cuerpo necesita más energía –en
situaciones de estrés o déficit de glucosa en sangre-, entran en juego otras dos hormonas: la adrenalina que actúa en músculo
e hígado y el glucagón –sólo en hígado-, que estimulan la degradación de glucógeno a glucosa e inhiben a la vez su síntesis,
pasando así la glucosa al torrente sanguíneo para ser utilizada por las células. Así, cuanto más lenta sea la liberación de
hormonas y glucosa, más estables y eficientes serán los niveles de energía de nuestro organismo.

CLASIFICACIÓN
Atendiendo a la complejidad de las moléculas que componen su estructura, los carbohidratos se pueden clasificar en:

1) monosacáridos: azúcares que contienen entre 3 y 7 átomos de C y no pueden transformarse -mediante hidrólisis-, en otros
más simples. Por ello, se les denomina en ocasiones azúcares simples;

2) oligosacáridos: formados por unión de 2 a 10 monosacáridos. Los más importantes tienen sólo dos unidades de
monosacáridos y se designan como disacáridos;

3) polisacáridos: constituidos por más de 10 unidades de monosacáridos y pueden llegar a contener varios miles. Si están
formados por la misma unidad se designan como homopolisacáridos, siendo los heteropolisacáridos los formados por
diferentes monosacáridos.

El panel de Productos Dietéticos, Nutrición y Alergias (NDA) de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA),
atendiendo a conceptos nutricionales, clasifica los carbohidratos en dos categorías:

1) carbohidratos glicémicos, aquellos que se absorben y digieren en el intestino delgado y;

2) fibra dietética, incluyendo en este grupo los carbohidratos que pasan a lo largo del tracto digestivo sin ser digeridos.
Entre los carbohidratos más representativos se encuentran los siguientes:

MONOSACARIDOS

Los monosacáridos (mono: uno, unidad; sacárido: azúcar) son sustancias de sabor dulce, solubles en agua, formadas por
cadenas de 3 a 7 átomos de carbono. Responden a la fórmula general Cn (H2O)n, es decir que por cada átomo de carbono
tienen dos de hidrógeno y uno de oxígeno, lo que les valió el nombre de “hidratos de carbono”.
El grupo funcional principal es el carbonilo, ya sea aldehído o cetona, en los carbonos 1 ó 2, respectivamente. A cada uno de
los carbonos que forman el resto de la cadena se une un grupo hidroxilo. Los monosacáridos desempeñan dos importantes
funciones en las células: 1) son fuentes de energía al oxidarse en la respiración celular, en especial la glucosa, y 2) son las unidades de
síntesis de otras moléculas más complejas, principalmente disacáridos y polisacáridos, ácidos nucleicos, etc.
Los monosacáridos, entonces, se clasifican del siguiente modo:

5. Las hexosas son los monosacáridos más abundantes en la naturaleza, entre ellos la glucosa (una aldohexosa), el azúcar que
circula en sangre y combustible celular por excelencia y la fructosa (una cetohexosa), azúcar presente en los frutos y la miel.

PROPIEDADES
♦Son cristalizables, sólidos ♦De color blanco. ♦Sabor dulce. ♦Solubles en agua. ♦Con poder reductor, debido a la presencia
del grupo aldehído o cetona. ♦No son hidrolizables. ♦Presentan actividad óptica. ♦Isomería
ISOMERIA
Cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular y distintas fórmulas estructurales, se dice que cada uno
de ellos es isómero de los demás. Los isómeros se diferencian por presentar distintas propiedades, ya sean físicas o químicas.
Para comprender este tema te invito primero a observar el video Monosacáridos en la siguiente URL
https://www.youtube.com/watch?v=k0E0wEVIy1E&hd=1 .
Algunos conceptos que se concluyen de lo observado en el video son:
ISÓMEROS: Compuestos que tienen la misma fórmula molecular pero diferente fórmula estructural.
ESTEREOISÓMEROS: Compuestos que presentan la misma fórmula molecular pero diferente configuración, es decir,
diferente orientación de sus átomos en el espacio.
AQUIRAL: Moléculas sin carbonos asimétricos (producen imágenes especulares superponibles, es decir es la misma
molécula)

6. QUIRAL: Molécula que tiene carbonos asimétricos o grupos de átomos diferentes.
ENANTIOMEROS: Moléculas con centros quirales, carbonos asimétricos o carbonos quirales (opuestos).
LEVÓGIRO: El último grupo OH se ubica al lado izquierdo L.
DESTRÓGIRO: El último grupo OH está orientado al lado derecho de dicho carbono asimétrico D.
ENANTIOMORFO: Sinónimo de enántiómero.
Luego observa, interpreta y relaciona las siguientes imágenes con lo observado en el video
.

7. LOS CARBOHIDRATOS Y SU REPRESENTACIÓN

Una forma sencilla de representar las moléculas de carbohidratos y sus isómeros ópticos se hace teniendo en cuenta las siguientes
convenciones:




FÓRMULAS LINEALES
Las fórmulas con estructura en forma de cadena abierta de los monosacáridos se denominan "proyección de Fischer", se sitúa
el grupo funcional principal en la parte superior y los grupos hidroxilos a la derecha o a la izquierda.

8. FORMULAS CICLICAS
Las aldopentosas y las hexosas en disolución no presentan estructura lineal, sino que presentan estructuras cerradas o
cíclicas llamadas “proyección de Hawort”.

El enlace de ciclación se genera entre el grupo carbonilo (=O), y el hidroxilo (-OH) del carbono asimétrico más alejado del
grupo funcional, el carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas. Si la reacción es entre un alcohol y un
grupo aldehído el enlace se llama hemiacetal, y si es entre un alcohol y una cetona se llama hemicetal. El ciclo resultante
puede tener forma de hexagonal (pirano) o de pentagonal (furano), denominándose los monosacáridos piranosas o furanosas
respectivamente. Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la
izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH2OH se pone por encima y en las L por debajo. Cuando se produce la

9. ciclación de la molécula aparece un nuevo átomo de carbono asimétrico, el carbono 1 en las aldosas o el 2 en las cetosas.
Este carbono recibe el nombre de carbono anomérico. Existen dos formas anoméricas:
♦Alfa (α). El OH del carbono anomérico queda hacia abajo
♦Beta (ß). El OH del carbono anomérico queda hacia arriba

PRINCIPALES MONOSACÁRIDOS

Los principales monosacáridos que tienen interés biológico son los siguientes:
 Triosas: son el D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona, cuya importancia se debe a que aparecen en forma fosforilada (con un
grupo fosfato) como intermediarios metabólicos en las reacciones de la glucólisis.

 Tetrosas: Una de ellas, la eritrosa, es un intermediario en el ciclo de Calvin que es empleado por las plantas para sintetizar
azúcares a partir del CO2 atmosférico, en la fotosíntesis.

 Las pentosas de mayor interés son la D-ribosa y su derivado desoxirribosa, que forman parte de los ácidos nucleídos a los
que dan nombre (ribonucleico y desoxirribonucleico). La ribosa puede aparecer libre en la orina humana en muy pequeña
cantidad, así como la cetosa correspondiente, D-ribulosa, esta, en forma fosforilada, es un importante intermediario metabólico
en la etapa oscura de la fotosíntesis, pues es la molécula encargada de fijar el dióxido de carbono que se incorpora en el ciclo
de Calvin. También merece la pena señalar la arabinosa. Este monosacárido está presente en la goma arábiga.

 Las hexosas son los monosacáridos más importantes. Destacan las siguientes:

10. o La D-glucosa. Es el azúcar más abundante y la principal molécula que utilizan las células como combustible energético. Se
halla libre en los frutos, sobre todo en la uva. En la sangre humana se encuentra en una concentración en torno a 1 g/l.
Además, forma parte de otros glúcidos más complejos de los que se obtiene por hidrólisis.
o La D-galactosa. Es similar a la glucosa, con la que se asocia para formar el azúcar de la leche (lactosa). Es rara en estado
libre.
o La D-manosa. Es rara en estado libre, pero forma parte de otros glúcidos complejos en microorganismos. También se
encuentra en el antibiótico estreptomicina.
o La D-fructosa. Es una cetohexosa que se encuentra en estado libre en casi todos los frutos; unida a la glucosa forma el
azúcar de caña (sacarosa).



OLIGOSACÁRIDOS
Están formados por 2 a 10 monosacáridos, unidos por enlaces glicosídicos y se denominan como disacáridos (2), trisacáridos
(3), tetra-, penta-, hexa-, hepta-, octa-, nona- y decasacáridos (10). La unión de los monosacáridos se puede realizar de dos
formas: 1) mediante el enlace monocarboxílico entre el C1 anomérico de un monosacárido y un C no anomérico de otro
monosacárido, como se puede observar en la estructura de la Maltosa conservando este disacárido el carácter reductor; o 2)
mediante el enlace dicarbonílico que se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, con lo que el
disacárido pierde su poder reductor, como ocurre en la sacarosa.

SACAROSA: denominada también sucrosa, azúcar o azúcar de mesa y se compone de una unidad de glucosa y otra de
fructosa, enlazadas por sus grupos funcionales por lo que no presenta carácter reductor. Existen dos fuentes comerciales de
azúcar, el azúcar de caña y el de remolacha, pudiendo encontrarla también en el jarabe de maíz, frutas, verduras y miel.
Debido a su elevado carácter hidrófilo, la sacarosa y la mayoría de carbohidratos de bajo peso molecular pueden formar
disoluciones muy concentradas. Estas soluciones no requieren conservantes y pueden utilizarse no sólo como edulcorantes
(aunque no todos los jarabes de carbohidratos de ese tipo son necesariamente dulces), sino también como conservantes y
humectantes. Al llegar al estómago, la sacarosa sufre una hidrólisis ácida y una parte se desdobla en sus correspondientes
monómeros -glucosa y fructosa-. El resto pasa al intestino delgado, donde la enzima sacarasa la convierte en glucosa y
fructosa. Su consumo excesivo puede provocar obesidad, diabetes, caries e incluso la caída de los dientes. Hay personas que
sufren intolerancia a la sacarosa, debido a la ausencia de la enzima sacarasa.

11. MALTOSA: la maltosa o azúcar de malta, está formada por dos moléculas de glucosa y presenta carácter reductor. Se
obtiene por hidrólisis del almidón, en una reacción catalizada por la enzima β-amilasa. Se produce durante el proceso de
fermentación y se encuentra en alimentos tales como la cerveza y el pan. Al ser un azúcar fácilmente digerible, se utiliza en
alimentos infantiles y bebidas como la leche malteada y en chocolates sin azúcar –reduciendo la maltosa a maltitol-. El almíbar
del maíz, líquido resultante de la combinación de maltosa, glucosa y dextrosa, se emplea con frecuencia en bebidas
carbonatadas, productos horneados y algunas conservas.

LACTOSA: El disacárido lactosa está compuesto por glucosa y galactosa. Se encuentra en la leche, mayoritariamente en
forma libre y en menor proporción como componente de oligosacáridos. Es un azúcar reductor. La concentración de lactosa
en la leche varía entre 2,0 y 8,5%, en función del mamífero considerado. Así, la leche de vaca y cabra contienen 4,5 y 4,8% de
lactosa, respectivamente, y la de mujer un 7%. La lactosa se ingiere con la leche y otros productos lácteos no fermentados,
como los helados. Los productos lácteos fermentados -la mayoría de yogures y quesos-, contienen menos lactosa debido a
que durante el proceso de fermentación, parte de la misma se transforma en ácido láctico. Este disacárido estimula la
absorción intestinal y la retención de calcio, y no se digiere hasta que llega al intestino delgado donde se encuentra la enzima
hidrolítica lactasa. Esta enzima cataliza la hidrólisis de lactosa para obtener sus monómeros -glucosa y galactosa-, que se
absorben rápidamente en el intestino delgado pasando así al torrente sanguíneo. Si por algún motivo la lactosa ingerida es
hidrolizada parcialmente, o no se hidroliza en absoluto, aparece un síndrome clínico que se denomina intolerancia a la lactosa,
que no se manifiesta habitualmente en niños antes de los 6 años de edad. Tanto la incidencia como el grado de intolerancia
dependerán del grupo étnico considerado y se acrecienta con la edad, atribuyendo de este modo la presencia o ausencia de
lactasa a un componente genético.

12. .
POLISACÁRIDOS
Se forman por la unión de miles de unidades de monosacáridos (principalmente glucosas), estableciendo enlaces glucosídicos
entre ellos, y perdiendo en este proceso el poder reductor, la solubilidad (forman dispersiones coloidales), la cristalización, y el
sabor dulce. Si los enlaces son del tipo alfa, el polisacárido tendrá función de reserva energética: almidón (formado por
amilosa, lineal, y amilopectina, ramificada) en las células vegetales, y glucógeno (molécula helicoidal y parecida a la
amilopectina del almidón, pero más ramificada) en las animales. Si el enlace es de tipo beta, el polisacárido tendrá función
estructural: celulosa (estructura lineal y sin ramificar) de la pared celular de los vegetales, quitina formando exosqueletos de
artrópodos y la pared celular de los hongos.
ALMIDÓN El almidón es la forma principal de reservas de carbohidratos en los vegetales. El almidón es una mezcla de dos
sustancias: amilosa, un polisacárido esencialmente lineal, y amilopectina, un polisacárido con una estructura muy ramificada. Las dos
formas de almidón son polímeros de α-D-Glucosa. Los almidones naturales contienen 10-20% de amilosa y 80-90% de amilopectina. La
amilosa forma una dispersión coloidal en agua caliente que ayuda a espesar caldos o salsas, mientras que la amilopectina es
completamente insoluble.

13. Las moléculas de amilosa consisten típicamente de 200 a 20,000 unidades de glucosa que se despliegan en forma de hélix
como consecuencia de los ángulos en los enlaces entre las moléculas de glucosa.
La amilopectina se distingue de la amilosa por ser muy ramificada. Cadenas laterales cortas conteniendo aproximadamente
30 unidades de glucosa se unen con enlaces 1α→6 cada veinte o treinta unidades de glucosa a lo largo de las cadenas
principales. Las moléculas de amilopectina pueden contener hasta dos millones de unidades de glucosa.
CELULOSA el principal componente de las paredes celulares de los árboles y otras plantas. La celulosa (C6H10O5)n Es el
principal componente de la pared celular de los vegetales. Se puede considerar como la molécula orgánica más abundante en
la Naturaleza. Es un polímero lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces (14). Tiene una estructura lineal o
fibrosa, en la cual se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas,
haciéndolas impenetrables al agua, y originando fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales


GLUCÓGENO Es el polisacárido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentra en casi todas las células, pero en los
hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada. Su estructura es similar a la de la amilopeptina,
pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-12 monómeros de glucosa), y su peso molecular es mucho más elevado.

14. TALLER DE APLICACIÓN
1. Escriba ejemplos de carbohidratos, la clase de organismo que lo contiene y si es posible especifique el órgano,
estructura u orgánulo celular.

2. Haga un esquema explicativo del metabolismo de los carbohidratos.
3. RELACIONAR:
A. Cn(H2O)n ____ Desoxirribosa
B. Sacarosa ____ C6 H12 O6
C. Maltosa ____ Monosacáridos
D. Lactosa ____ Glucosa + fructosa
E. Almidón ____ Glucosa + galactosa
F. Celulosa ____ Carbohidrato de reserva propio de animales
G. Glucógeno ____ Glucosa + glucosa
H. Glucosa ____ Se encuentra en la pared celular
I. Polisacárido ____ Es un ejemplo de polisacárido
J. Pentosa ____ (C6 H10O5)n
K. Azúcares simples ____ Polisacáridos
L. Azúcares complejos ____ Fórmula general de los carbohidratos
4. En tres tubos de ensayo hay tres disacáridos. El primero produjo por hidrólisis sólo glucosa; el segundo produjo galactosa
y glucosa; y el tercero, fructosa y glucosa. Identifica los disacáridos correspondientes.
5. Encuentre las parejas que se correlacionan:
A. Fructosa 1) Yuca

15. B. Lactosa 2) Caña de azúcar
C. Celulosa 3) Leche
D. Almidón 4) Madera
E. Sacarosa 5) Miel
6. El número de isómeros ópticos, para un monosacárido dado, es de 2
n
, siendo n el número de átomos de carbono
asimétricos que tenga. Un glúcido que posee 3 carbonos quirales ¿Cuántos estereoisómeros puede formar?
A. 5 B. 8 C. 6 D. 3

7. La siguiente sustancia tiene... Por favor coloréalos

A) 1 carbono asimétrico; B) 2 carbonos asimétricos;
C) 3 carbonos asimétricos; D) Cuatro carbonos asimétricos
8. Señale la afirmación correcta:
A. El almidón cumple una función estructural
B. La glucosa y la fructosa son disacáridos
C. La quitina forma el endoesqueleto animal
D. La celulosa forma la pared celular vegetal
9. Complete:
A. La glucosa en la sangre se denomina ________________
B. La ribosa tiene _____ carbonos
C. La hormona que regula la glicemia se denomina ___________
D. Los carbohidratos proporcionan _____ calorías por gramo.
E. El carbohidrato más importante para las células, por ser considerado como “combustible celular” se denomina
________________.
F. Las cáscaras de las frutas, las hojas de las plantas, la madera, contienen un carbohidrato en común, es la
_________________
10. RELACIONAR:
A. Almidón ____ Queso, yogurt
B. Maltosa ____ Tallarines , panecillos, tostadas
C. Lactosa ____ Miel, uvas, sangre
D. Glucosa ____ Cebada germinada, levadura de cerveza
E. Glucógeno ____ Hígado carne

11. Escriba los modelos simplificados para la D-glucosa y la L-glucosa
12. Ingresar a las siguientes páginas interactivas y resolver los test (Opcional)
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/act2a.htm
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/act3a.htm
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/act2b.htm
13. Páginas sugeridas para estudiar y reforzar conceptos
http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B1_BIOQUIMICA/t13_GLUCIDOS/INDICE.htm
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/contenidos5.htm