Este documento presenta una introducción a los carbohidratos. Explica que los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Los monosacáridos más comunes son las pentosas y las hexosas como la glucosa. Los polisacáridos más importantes son el almidón, el glucógeno y la celulosa. El almidón y el glucógeno sirven como reservas de energía mientras que la celulosa tiene una función estructural.

1. Introducción al estudio de la Química de los carbohidratos Clasificación de los carbohidratos Las funciones de los carbohidratos M onosacáridos y polisacáridos Piranosas y furanosas Clasificación de los carbohidratos por el número de átomos de Carbono

2. CARBOHIDRATOS - GLÚCIDOS Los carbohidratos, conocidos también como hidratos de Carbono, glúcidos o azúcares ( sakcharon , azúcar), son compuestos orgánicos formados en su mayoría por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, aunque en algunos, se encuentran también el azufre y nitrógeno. Los carbohidratos o azúcares, son compuestos formados por Carbono, hidrógeno y oxígeno que son sintetizados a partir de CO 2 (bióxido de Carbono) y de H 2 O (agua) por los organismos fotosintéticos mediante el aprovechamiento de la energía de la luz solar (fotosíntesis), o bien por rutas sintéticas en los organismos heterótrofos, aunque el mayor aporte de los mismos para estos organismos esta dado por la dieta.

3. Cabe señalar que el agua está formada por O e H en una proporción 1:2, y en los carbohidratos, la relación de átomos de C y moléculas de agua está en una proporción de 1:1, de ahí su nombre: hidratos de Carbono. La palabra carbohidratos deriva de la condición empírica de sus fórmulas moleculares: Cm (H 2 O)n

4. CLASIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOS Monosacáridos Llamados azúcares simples. Constan de una sola molécula de olihidroxialdehído o de polihidroxicetona. La glucosa es el más importante y es la unidad monomérica de los dos polisacáridos más abundantes. b. Oligosacáridos Consisten de 2 a 10 unidades de monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Los más importantes son los disacáridos y los trisacáridos. Los más importantes son la sacarosa, lactosa, maltosa. c. Polisacáridos Constan de largas cadenas de unidades de monosacáridos. Pueden ser lineales o ramificadas. Se clasifican en Homopolisacáridos u homoglucanos (tienen una sola clase de monosacáridos), y Heteropolisacáridos o heteroglucanos (contienen mas de una sola clase de monosacáridos.

5. FUNCIONES DE CARBOHIDRATOS En los seres vivos las funciones de los carbohidratos se pueden generalizar en: Energéticas (glucógeno en animales y almidón en vegetales, bacterias y hongos) 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.

6. Compuestos estructurales (como la celulosa en vegetales, bacterias y hongos y la quitina en artrópodos) 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.

7. MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. La estructura contiene pues, varios grupos hidroxilos y un grupo carbonilo. El sufijo que se utiliza al referirnos a ellos es "osa". Una hexosa es por tanto, un monosacárido de seis átomos de carbono. Si el carbonilo se presenta como aldehído será una aldohexosa y si se presenta de forma similar a una cetona, diremos es una cetohexosa.

8. CLASIFICACIÓN DE MONOSÁCÁRIDOS POR EL NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO Triosas: gliceraldehído ( aldotriosa ) y dihidroxiacetona .( cetotriosa ) Tetrosas: eritrosa , treosa ( tetraaldosas ) y eritrulosa ( tetracetosa ) Pentosas: ribosa , arabinosa , xilosa , lixosa ( pentoaldosas ), ribulosa y xilulosa ( pentocetosas ). Hexosas: alosa, altrosa, glucosa , manosa , gulosa, idosa, galactosa , talosa ( hexoaldosas ), psicosa, fructosa , sorbosa y tagatosa ( hexocetosas ). Heptosas, etc.

9. La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o hexosas.

10. Para representar estructuras de carbohidratos, se utiliza una representación abreviada, las fórmulas de proyección de Fischer. Las fórmulas de proyección de Fischer, resultan cómodas para representar estructuras y por tanto, se continúan utilizando, igual que el convenio de clasificar los carbohidratos como pertenecientes a las familias D o L, digamos D(+) gliceraldehido, D porque el –OH está a la derecha y el signo (+) se refiere solo a la rotación de luz polarizada, es una molécula dextrógira. Así un carbohidrato que presenta el –OH del estereocentro más alejado del carbonilo a la derecha, se clasifica como D. Si estuviera a la izquierda, se clasifica como perteneciente a la familia L o serie L.

11. Algunas aldopentosas naturales: D-Ribosa, 2- Dexoxi-, D-Xilosa, D-Arabinosa La ribosa y la desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos. La ribosa también se aísla de la hidrólisis de la riboflavina (vitamina B2). El prefijo "dexoxi" se refiere a que este monosacárido contiene menos átomos de oxígeno que lo común, incumple con la fórmula Cn(H20)n. La xilosa y la arabinosa, pueden aislarse de los productos de hidrólisis de las resinas vegetales, recibiendo la xilosa también la denominación de "azúcar de madera". La D(-) Arabinosa se encuentra también en bacterias y esponjas.

12. Las hexosas naturales más comunes son: D(+)- Glucosa D(+)-Manosa D(+)-Galactosa L(+)- Ramnosa D(-)- Fructosa

13. MOLÉCULA DE GLUCOSA

14. La glucosa también recibe el nombre de dextrosa por ser dextrorrotatoria (D(+)-Glucosa), también azúcar de la sangre , pues está presente en la sangre humana en concentración de 65-110 mg/100 ml. Es posiblemente el producto natural más abundante pues se encuentra como polisacárido en el almidón, la celulosa y el glucógeno. También aparece combinada como disacárido en el azúcar común, la sacarosa (fructosa y glucosa) y en la leche de todos los mamíferos , lactosa, azúcar de leche (galactosa y glucosa).

15. La glucosa, galactosa y ramnosa forman con frecuencia parte de glucósidos naturales. Los glucósidos son compuestos con una estructura formada por uno o más carbohidratos que se enlazan a una molécula que no es un carbohidrato. El conjunto se llama glucósido y la porción que no es un carbohidrato se denomina aglicón. La fructosa es un ejemplo de cetohexosa, es entre los azúcares el compuesto más dulce, tiene bastante más poder edulcorante que la sacarosa, donde se encuentra enlazada con la glucosa. Esta cetohexosa se encuentra libre en la miel y en muchas frutas. La D (+)-Manosa, se encuentra formando muchos polisacáridos naturales .

16. Ciclización de los monosacáridos La forma de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, en solución acuosa, permanecen en pequeñas proporciones con sus formas cíclicas, que son las más abundantes. Por ataque nucleofílico de los electrones del oxígeno hidroxílico, sobre el carbono carbonílico, las aldosas o cetosas, de cuatro, cinco y seis átomos de carbono forman estructuras cíclicas hemiacetálicas.

17. Un monosacárido formando anillos de cinco miembros, se dice que es una furanosa, si es de seis miembros se dice que es una piranosa. Las denominaciones provienen de los heterociclos furano y pirano. Furano Pirano

18. PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DE MONOSACÁRIDOS Sustancias sólidas, incoloras, en forma de cristales. Se disuelven muy bien en agua, insolubles en soluciones orgánicas (alcohol, éter). Son dulces, sin embargo este dulce no es igual en todos los monosacáridos. Las soluciones de carbohidratos poseen reacciones neutrales. La acción de los ácidos y bases sobre los monosacáridos forman los furfurales. Los azúcares se oxidan formando tres clases de azúcares ácidos: aldónicos, aldáricos y aldurónicos. En la reducción de monosacáridos se producen alcoholes polihídricos (Alcoholes dulces). Ejemplo: manitol, sorbitol, otros.

19. DISACÁRIDOS Son azúcares complejos, que en una hidrólisis producen dos moléculas de monosacáridos (iguales o diferentes). Se componen de dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Son una de las principales fuentes de carbohidratos en los alimentos de animales y humanos. Los disacáridos se pueden definir estructuralmente como glucósidos. Los principales disacáridos de importancia fisiológica son: maltosa, sacarosa, lactosa, tregalosa.

20. POLISACÁRIDOS Se clasifican según el tipo de unidades de azucares simples unidas en: Homopolisacáridos y Heteropolisacáridos. Son Homopolisacáridos aquellos que están compuestos de unidades estructurales de un solo monosacárido. Ejemplos de estos Almidón, Glucógeno. Son Heteropolisacáridos aquellos compuestos de unidades estructurales de dos o mas tipos d monómeros. Atendiendo a su función, los podemos clasificar en estructurales y de reserva. Ejemplos de polisacáridos estructurales la celulosa, la quitina (actúa como protector) y polisacáridos de reserva el almidón y el glucógeno.

21. Almidón. Reserva energética de las plantas y para nosotros un alimento. Se encuentra en forma de pequeños granos en muchas partes, u órganos constituyentes de las plantas, especialmente en semillas y tejidos vegetales embrionarios, en tubérculos de papa, semillas de arroz, maíz o trigo. Ellos sirven de nutrientes para el proceso germinativo y en general para el desarrollo de las plantas. Como primera aproximación, se puede decir que el almidón está constituido por unidades de D(+)-glucosa enlazadas α-1,4. Al tratar el almidón con agua caliente, este se separa en dos fracciones: una dispersable, que se conoce como amilasa y otra no dispersable, que es la mayoritaria, que se conoce como amilopectina.

22. AMILOSA En el almidón representa el 15 – 20%. Su estructura es helicoidal no ramificada. Los enlaces formados por unidades de D(+)-glucosa, con enlaces α-1,4

23. Amilosa .

24. AMILOPECTINA Representa el 80 – 85% del almidón. Consiste en cadenas ramificadas compuestas por 24 a 30 residuos de glucosa unidas mediante enlaces 1  4 en las cadenas y enlaces 1  6 en los puntos de ramificación. La hidrólisis de la amilopectina van produciendo mezclas de Oligosacáridos, de masa moleculares gradualmente menores, que se conocen como "Dextrinas" que se utilizan en el acabado de tejidos y en la fabricación de pegamentos, etc. Por hidrólisis parcial, se puede detectar la presencia de isomaltosa, disacárido que tiene enlaces α-1,6.

25. ESTRUCTURA DE LA AMILOPECTINA .

26. GLUCÓGENO Polisacárido de almacenamiento en los animales. Consta, al igual que el almidón, de amilopectina y amilosa. La amilopectina es una estructura más ramificada. Posee de 12 a 14 residuos de α – D – piranosa (enlace α – [1  4]- glucosídico) con ramificaciones mediante enlaces α – [1  6]- glucosídicos. Se encuentra en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada. El mayor grado de ramificación del glucógeno es una adaptación a su función biológica. El enzima encargado de la degradación del glucógeno es la glucógeno fosforilasa, que empieza a degradar el glucógeno a partir de sus extremos no reductores, atacando las uniones (1  4).

27. GLUCÓGENO

28. CELULOSA La celulosa forma microfibrillas de 14 000 unidades o más, que se torcionan y se unen a otras por puente de hidrógeno. Es el principal integrante de la estructura vegetal. Es insoluble en agua y consta de unidades de β –D – glucopiranosa ligadas con enlaces β -( 1  4) formando largas cadenas rectas reforzadas por enlaces cruzados de hidrógeno. 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 Los mamíferos no digieren la celulosa, debido a la ausencia de una enzima que hidroliza el enlace β .

29. ESTRUCTURA DE LA CELULOSA

30. Estructura de las fibras de celulosa en vegetales

31. Fibras de celulosa en el papel