Bioquímica Esencial: Glúcidos, Lípidos y Propiedades del Agua

Glúcidos: Estructura, Clasificación y Funciones

Monosacáridos: Azúcares Simples

Los monosacáridos son glúcidos no hidrolizables, con un número de carbonos que varía de 3 a 12. Químicamente se caracterizan por poseer:

Esqueleto carbonatado con grupos alcohólicos o hidroxilos.
Un grupo aldehído o cetónico.

Estructura e Isomerías de los Monosacáridos

Azúcares más pequeños, como las triosas, pueden escribirse mediante la proyección de Fischer. El carbono 2 del gliceraldehído es asimétrico. Todas las osas, excepto la dihidroxiacetona, tienen al menos un carbono asimétrico (unido a 4 radicales distintos). Esto da lugar a la aparición de estereoisómeros.

Si el grupo OH va a la derecha del carbono asimétrico, se denomina D; si va a la izquierda, L.
Si dos estereoisómeros son imágenes especulares uno del otro, se dice que son enantiómeros (misma sustancia y propiedades, salvo actividad óptica).
Cuando dos monosacáridos se diferencian en la posición de un grupo OH, se dice que son epímeros (sustancias diferentes con propiedades distintas).

Oligosacáridos: Cadenas Cortas de Azúcares

Se forman cuando el grupo OH del carbono anomérico reacciona con un OH de otro monosacárido, desprendiéndose H₂O. Se forma así un disacárido. Si el primer monosacárido es alfa, el enlace es alfa-glucosídico; si es beta, beta-glucosídico.

Disacáridos: Unión de Dos Monosacáridos

Los disacáridos son la unión de dos monosacáridos. Son dulces, solubles en H₂O y cristalizables. Pueden hidrolizarse. Son reductores cuando el carbono anomérico no está implicado en el enlace.

Principales disacáridos:

MALTOSA: Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Se hidroliza por medio de la maltasa.
ISOMALTOSA: Se obtiene por la hidrólisis de la amilopectina y del glucógeno.
CELOBIOSA: Producto de la hidrólisis de la celulosa.
LACTOSA: Se hidroliza por la enzima lactasa en el ser humano. Es un disacárido reductor. (Nota: La sacarosa es el disacárido no reductor más conocido).

Polisacáridos: Macromoléculas de Azúcares

Los polisacáridos son la unión de muchos monosacáridos. Son insolubles en H₂O y no poseen poder reductor. Se dividen en dos grupos:

Homopolisacáridos: Un Solo Tipo de Monosacárido

ALMIDÓN: Polisacárido de reserva en vegetales y fuente de azúcares en los animales. Está formado por dos tipos de moléculas: amilosa y amilopectina. La amilosa constituye el 30% del almidón, y la amilopectina el 70%. El almidón de los vegetales procede de la fotosíntesis y se almacena en gránulos de amiloplastos.
GLUCÓGENO: Polisacárido de reserva en los animales, presente en el hígado (25%) y en el músculo (70%). Es muy similar a la amilopectina, pero está más ramificado (cada 8 o 12 glucosas). Se requieren dos enzimas para su hidrólisis.
DEXTRANO: Polisacárido de reserva en levaduras y bacterias, contiene glucosa.
CELULOSA: Polisacárido estructural en los vegetales, donde constituye la pared celular (madera y algodón). Es un polímero lineal no ramificado.
QUITINA: Polisacárido estructural de algunos animales y hongos. Forma el exoesqueleto en artrópodos y las paredes celulares en hongos.

Heteropolisacáridos: Varios Tipos de Monosacáridos

De origen vegetal:

PECTINA: Forma parte de la pared vegetal.
HEMICELULOSA: Presente en las paredes celulares de las células vegetales.
AGAR-AGAR: Presente en algas marinas.
GOMAS VEGETALES: Cierran heridas en los vegetales.

Heteropolisacáridos animales: glicosaminoglicanos.

Lípidos: Diversidad y Funciones Biológicas

Ácidos Grasos: Componentes Fundamentales

Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos de cadena larga que forman parte de los lípidos saponificables por medio de enlaces éster. Se clasifican en:

Saturados: No poseen enlaces dobles. Son flexibles y sólidos a temperatura ambiente. Su punto de fusión es más alto porque se forman enlaces de Van der Waals entre las cadenas hidrocarbonadas.
Insaturados o Poliinsaturados: Poseen uno o más enlaces dobles. Son rígidos a nivel del doble enlace y son líquidos aceitosos. Su punto de fusión es más bajo debido al ‘codo’ de su cadena, lo que reduce el número de interacciones de Van der Waals.

Una característica importante de los ácidos grasos es su bipolaridad: la cabeza es polar o iónica y, por tanto, hidrófila; la cola es apolar o hidrófoba.

Los ácidos grasos esenciales son aquellos que no pueden ser sintetizados en el organismo y deben ser obtenidos a través de la dieta.

Acilglicéridos: Ésteres de Glicerina y Ácidos Grasos

Los acilglicéridos son ésteres formados por la esterificación de glicerina (propanotriol) con una, dos o tres moléculas de ácidos grasos. Realizan reacciones de saponificación o hidrólisis.

Hidrólisis Enzimática

Ocurre en el tubo digestivo de los animales para digerir las grasas ingeridas en la alimentación. Se realiza gracias a la acción de unas enzimas llamadas lipasas que rompen los enlaces éster y, a partir de 1 molécula de grasa, se obtienen 3 moléculas de ácidos grasos y 1 molécula de glicerina.

Hidrólisis Química o Saponificación

Se utiliza en la industria. Consiste en tratar las grasas en caliente con bases sódicas o potásicas; entonces se rompen los enlaces éster y se obtiene 1 molécula de glicerina y 3 moléculas de la sal sódica o potásica del ácido graso, denominadas jabones.

Clasificación de los Acilglicéridos

Según el número de ácidos grasos que contengan, se denominan:

Monoacilglicéridos
Diacilglicéridos
Triacilglicéridos o grasas neutras: Carecen de polaridad, son insolubles en H₂O y no forman micelas.

Según la composición de los ácidos grasos:

Grasas simples: Si los tres ácidos grasos son iguales y se nombran mediante el prefijo tri- seguido del nombre del ácido graso terminado en -ina.
Grasas mixtas: Cuando los ácidos grasos son distintos.

Según el tipo de ácido graso, pueden ser:

ACEITES: Presentan ácidos grasos insaturados y a temperatura ambiente son líquidos. Abundan en los vegetales y animales poiquilotermos.
SEBOS Y MANTECAS: Presentan ácidos grasos saturados y a temperatura ambiente son sólidos. Abundan en animales homeotermos.
MANTEQUILLAS: Presentan ácidos grasos de cadena corta y a temperatura ambiente son semisólidos (distinto de las margarinas, que se forman por hidrogenación de aceites vegetales).

Céridos: Ésteres de Alcoholes de Cadena Larga

Los céridos son ésteres formados por un monoalcohol de cadena larga y una molécula de ácido graso.

Propiedades y Funciones de Biomoléculas Esenciales

Propiedades de los Glúcidos

Función energética: Los monosacáridos y los disacáridos tienen función energética. El valor energético de los glúcidos es de 4 Kcal/gr.
Función de reserva: El almidón y el glucógeno almacenan glucosa en plantas y animales, respectivamente.
Función estructural:
- La celulosa, pectina y hemicelulosa forman la pared de las células vegetales.
- La quitina forma el exoesqueleto de los artrópodos y la pared de los hongos.
- Los peptidoglicanos forman la pared bacteriana.
- La condroitina forma parte de huesos y cartílagos.
- La ribosa y la desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos.
Marcadores biológicos y lugares de reconocimiento celular:
- Actúan como antígenos de la superficie celular capaces de estimular la síntesis de anticuerpos.
- Determinan la duración de la vida celular.
- Son lugares de anclaje para otras células, hormonas, toxinas, bacterias y virus.
Metabolitos intermediarios en el metabolismo celular:
- La D-ribulosa fija el CO₂ en el ciclo de Calvin.
- El D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona son intermediarios del metabolismo energético celular.

El Agua: Propiedades Físico-Químicas y su Relevancia Biológica

Estado líquido a temperatura ambiente: Permite que sea un vehículo de transporte de sustancias y un lubricante natural esencial para la vida.
Elevada fuerza de cohesión y adhesión: Debido a los puentes de hidrógeno, el agua es un líquido casi incompresible. Esta propiedad es fundamental para fenómenos de capilaridad y el ascenso de la savia en vegetales. También confiere una función estructural, dando volumen a la célula o constituyendo el hidroesqueleto de células animales.
Elevada tensión superficial: Hace que su superficie se comporte como una membrana elástica, permitiendo deformaciones celulares, movimientos citoplasmáticos y fenómenos de flotación.
Elevado calor específico: Permite al agua actuar como un excelente termorregulador, amortiguando los cambios de temperatura en los organismos.
Elevado calor de vaporización: Confiere al agua una función refrigeradora eficaz, por ejemplo, a través de la sudoración.
Mayor densidad en estado líquido que sólido: El hielo es menos denso que el agua líquida, lo que permite que flote y actúe como termoaislante en ríos y lagos, protegiendo la vida acuática.
Elevada constante dieléctrica: Convierte al agua en un gran disolvente de compuestos iónicos y polares, siendo el medio donde transcurren la mayoría de las reacciones químicas en los seres vivos.
Bajo grado de ionización: Permite la actuación de los sistemas tampón, manteniendo el pH celular estable.