Monosacáridos

Nomenclatura y clasificación

Son los glúcidos más sencillos y químicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas:

  • Un polihidroxialdehído es un compuesto orgánico que tiene una función aldehído en el primer carbono y en los restantes carbonos una función alcohol. Se denominan aldosas y se nombran anteponiendo el prefijo aldo- al nombre que indica su número de átomos de carbono (tri, tetra, …), seguido de la terminación –osa.gliceraldehido, aldotriosa
  • Por ejemplo, un monosacárido de tres átomos de carbono cuyo grupo funcional principal es un aldehído se denomina aldotriosa y será una cetotriosa si el grupo funcional es una cetona. Una polihidroxicetonas es un compuesto orgánico que tiene una función cetona, normalmente en el carbono 2, y en los restantes carbonos una función alcohol. Se denominan cetosas y se nombran anteponiendo el prefijo ceto- al nombre que indica su número de átomos de carbono (…, penta, hexa, …), seguido de la terminación –osa.dihidroxiacetona, cetotriosa

Responden a la fórmula empírica Cn(H2O)n, donde n es un número comprendido entre 3 y 12

Propiedades físicas

Los monosacáridos tienen sabor dulce y cuando se encuentran en estado sólidos forman cristales incoloros o blancos.

Son muy solubles en agua, debido a la polaridad de los grupos alcohol (-OH) que establecen puentes de hidrogeno con las moléculas de agua.

Propiedades químicas

Los monosacáridos son capaces de reducir determinadas sustancias gracias a su grupo carbonilo (aldehído o cetona).

Esta reactividad de su grupo carbonilo le permite reaccionar con otros grupos de la misma molécula para formar enlaces hemiacetálicos o con moléculas diferentes formando enlaces glucosídicos.

Además es la base de la reacción de Fehling, donde se utiliza una disolución de ión cúprico (Cu2+) de color azul, que ante la presencia de un monosacárido se reduce a ión cuproso (Cu+) de color rojo, permitiendo así detectar si una disolución los contiene.

Cu2+ + -CO- -> Cu+ + -COOH

Los grupos alcoholes de los monosacáridos también son capaces de reaccionar con otros ácidos, además del carboxílico, como el fosfórico formando enlaces éster fosfórico.

Estructura: fórmulas de proyección de Fischer

Aunque las moléculas formadas por más de dos átomos son tridimensionales sería complejo representarlas y comprenderlas en su conformación espacial. Para facilitarlo se representan por las fórmulas de proyección de Fischer, donde todos los átomos se sitúan en el mismo plano.proyeccion-de-Fischer,aldohexosa, cetopentosa. ribulosa, glucosaAsí las Aldosas tienen el grupo aldehído en la parte superior y el alcohol primario en la inferior y todos los grupos alcoholes secundarios y los hidrógenos a izquierda y derecha de la cadena carbonada. De forma análoga, las cetosas tienen el grupo ceto en el segundo carbono superior, los alcoholes primarios en la parte superior e inferior y todos los grupos alcoholes secundarios y los hidrógenos a izquierda y derecha de la cadena carbonada.

Isomería

Los isómeros son compuestos que tienen la misma fórmula molecular o empírica. Los monosacáridos presentan diferentes tipos de isomería: de función y espacial.

Isomería de función

Aunque su fórmula molecular es idéntica presentan diferentes grupos funcionales. Esto ocurre con todos los monosacáridos; por ejemplo las triosas pueden ser cetotriosas o aldotriosas, pero la fórmula empírica es idéntica: C3H6O3.

isomeria-de-funcion, aldotriosa, cetotriosa, gliceraldehido, dihidroxiacetona

Isomería espacial o esteroisomería

Cuando un átomo de carbono presenta sus cuatro valencias ocupadas con cuatro radicales diferentes se denomina carbono asimétrico.  La dihidroxiacetona es el único monosacárido que no tiene un carbono asimétrico ya que su “Carbono 2” tiene saturadas sus valencias con dos radicales iguales (CH2OH).

Los monosacáridos presentan isomería espacial o esteroisomería porque aunque la molécula tenga la misma estructura puede alterarse la disposición espacial de sus átomos, es decir, tienen distintas configuraciones.

Hablamos de:

Diasteroisómeros:  Se diferencian por las distintas configuraciones o posiciones de los grupos alcohol que pueden adquirir en los diferentes carbono asimétricos.

diastereoisomeros,glucosa, manosa, galactosa. talosaEpímeros: cuando dos moléculas se diferencian entre sí sólo en la posición de un grupo alcohol a un solo carbono asimétrico.

epimeros, glucosa, galactosa

Enantiómeros: por convenio existen dos formas de enantiómero según la posición del grupo alcohol del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo  (penúltimo carbono de un monosacárido):  forma D cuando el –OH está a la derecha y  forma L cuando el –OH está a la izquierda. En la naturaleza, salvo raras excepciones, los monosacáridos se presentan en la forma D.

enantiomeros, D-glucosa, L-glucosa

Quiralidad: cuando una molécula es la imagen especular de la otra, por lo que al intentar superponerlos no coinciden.

quiralidad, d-gliceraldehido, L-gliceraldehido

Actividad óptica

Es la capacidad que presentan los monosacáridos en disolución para desviar un haz de luz polarizada cuando los atraviesa.  Cada molécula efectúa una rotación del plano hacia la derecha (+) o hacia la izquierda (-) que es siempre la misma.

No hay que confundir la actividad óptica con la enantiomería, un enantiómero D puede ser dextrógiro o levógiro: la D-glucosa siempre desvía el haz 52,5º a la derecha (+)  mientras que la D-fructosa siempre desvía el haz 92º a la izquierda (-).

Ciclación

Las aldopentosas, las cetohexosas y las aldohexosas presentan una mezcla de estructuras abiertas y  estructuras cíclicas cuando se encuentran en disolución y el resto de monosacáridos tienen estructuras abiertas.

La estructura cíclica de los monosacáridos se representa mediante la proyección de Haworth, y el carbono que contenía el grupo funcional, es decir el carbono carboxílico, desaparece al formarse un enlace covalente intramolecular y pasa a denominarse carbono anomérico.  El paso de conformación abierta a cíclica no implica la ganancia o pérdida de átomos, tan solo la reconfiguración de su estructura.

Proyecciones de Haworth

Las aldopentosas adoptan su estructura cíclica en forma de pentágono (como el furano) gracias a un enlace hemiacetal  entre el oxígeno del grupo aldo y el  grupo alcohol del carbono 4. Los monosacáridos resultantes se denominan furanosas.

Las aldohexosas adoptan su estructura cíclica en forma de hexágono (como el pirano) gracias a un enlace hemiacetal  entre el oxígeno del grupo aldo y el  grupo alcohol del carbono 5. Los monosacáridos resultantes se denominan piranosas.

Las cetohexosas adoptan su estructura cíclica en forma de pentágono (como el furano) gracias a un enlace hemicetal  entre el grupo ceto del carbono 2 y  el grupo alcohol del carbono 5. Los monosacáridos resultantes se denominan furanosas.

La posición del grupo alcohol que ahora está unido al carbono anomérico (el que contenía el grupo carboxílico) determina un nuevo tipo de isomería:

  • El anómero α: con el grupo alcohol por debajo del plano (posición trans).
  • El anómero β: con el grupo alcohol por encima del plano (posición cis).

anomeria, alfafructofuranosa, betafructofuranosa

Cuando las moléculas de glucosa se disuelven en agua, se observa un cambio en la capacidad de desviar la luz polarizada que se denomina mutarrotación. Este fenómeno se debe a que en la disolución hay un 5% de formas abiertas y un 95% de formas cíclicas, siendo de entre las fomas cíclicas un tercio del anómero α y los otros dos tercios del anómero β, y la mutarrotación es el fenómeno de isomerización que ocurre al pasar de un anómero a otro, provocando un cambio en su actividad óptica.

Conformación en silla y en bote

Aunque las proyecciones de Haworth son las más empleadas para representar los monosacáridos, son una simplificación ya que las formas cíclicas de los azúcares no son planas sino tridimensionales.

Existen varias conformaciones que pueden adoptar siendo las más comunes aquellas en las que tanto los carbonos C2, C3 y C5 como el oxígeno hemiacetálico se encuentran en  el mismo plano adoptando estructura en  silla o en bote, siendo la configuración silla más estable porque sus átomos están expuestos a menos repulsiones electrostáticas.

Importancia biológica

Triosas

Sólo hay dos triosas entre los monosacáridos: una aldotriosa, el gliceraldehído, y una cetotriosa, la dihidroxiacetona. Se encuentran formando ésteres fosfóricos en el interior celular, donde participan como intermediarios en el metabolismo de otros glúcidos.

Pentosas

La ribosa y la desoxirribosa son componentes estructurales de nucleótidos en estado libre, como el ATP o el NAD, y de ácidos nucleicos, como el ácido ribonucleico (ARN) y el desoxirribonucleico (ADN).

ribosa-y-desoxirribosa

La arabinosa forma parte de la arabana, un constituyente de las gomas vegetales y es uno de los pocos monosacáridos que en la naturaleza se presenta en forma L y la xilosa interviene en la composición de la xilana, presente en la madera.

arabinosa-y-xilosa

La ribulosa sirve de sustrato sobre el que se fija el CO2 atmosférico en los organismos autótrofos y junto con la xilulosa intervienen en la introducción del carbono a la biosfera. Al ser cetopentosas, no presentan estructura cíclica.

Hexosas

La glucosa es muy abundante en todos los vegetales donde se encuentra  en forma libre en los frutos o polimerizada como polisacárido de reserva en el interior celular (almidón) o estructural en el exterior (celulosa). Es el principal compuesto metabólico: las células fotosintéticas almacenan en ella la energía solar que capturan y las no fotosintéticas la utilizan para extraer la energía durante la respiración celular. En los animales también se encuentra polimerizada como compuesto de reserva (glucógeno) y se encuentra libre en la sangre.

La manosa en estado libre es un componente de polisacáridos presentes en vegetales, bacterias, levaduras y hongos(manosanas) y polimerizada forma parte del antibiótico estreptomicina.

La fructosa  se encuentra en forma libre en las frutas o polimeriazada como integrante del disacárido sacarosa. Actúa en el líquido seminal como nutriente de los espermatozoides y las células hepáticas son capaces de transformarla en glucosa, por lo que tiene valor metabólico.

La galactosa no suele presentarse de forma libre pero forma parte del disacárido lactosa , de polisacáridos complejos (gomas, mucílagos y pectinas) y de heterósidos (glucolípidos y glucoproteínas).

Derivados  de los monosacáridos

Son aquellas sustancias que se consideran glucídicas pero no se ajustan a la fórmula molecular Cn(H2O)n debido a modificaciones o a la presencia de otros grupos funcionales. Destacan:

  • Desoxiazúcares: el ejemplo más abundante es la desoxirribosa que se obtiene al sustituir el grupo alcohol del carbono 2 en una ribosa por un átomo de hidrógeno.ribosa y desoxirribosa
  • Aminoazúcares: se obtienen al sustituir el grupo alcohol del carbono 2 en algunas hexosas por el grupo amino, por un enlace N-glucosídico.
    • N-acetil-glucosamina: principal componente de la quitina.acido-glucoronico, aminoazúcar, derivados de los monosacáridos, enlace N-glucosídico
    • Galactosamina: constituyente de heteropolisacáridos como la condroitina del cartílago.
    • N-acetil-murámico: componente de peptidoglucanos de las paredes bacterianas.
  • Ácidos urónicos: se obtienen al oxidarse el grupo alcohol del carbono 6 de las hexosas, formándose un ácido carboxílico.
    • Ácido glucorónico y galacturónico son muy abundantes en gomas, mucílagos y pectinas.acido-glucoronico
    • Ácido hialurónico forma parte de la matriz extracelular del tejido conjuntivo.

El resto de glúcidos están formados por la unión entre varios monosacáridos y puedes encontrar más información aquí.

Clasificación de los glúcidos

Disacáridos 

Polisacáridos

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