CONTINGUT DE LA PÀGINA

Els glúcids

1. Els monosacàrids

1.1 Isomeria en els monosacàrids

2. Oligosacàrids

2.1 Enllaç O-glicosídic

3. Els polisacàrids

4. Funcions dels glúcids

5. Presentació de diapositives Els glúcids

Les biomolècules orgàniques

Les biomolècules orgàniques són aquelles que estan constituïdes per cadenes de carboni i són sintetitzades pels éssers vius.

Tot i l’enorme quantitat de molècules orgàniques diferents, les biomolècules orgàniques es poden classificar en quatre grans tipus de molècules:

Aquest curs veurem només els glúcids i els lípids.

Els glúcids

El nom glúcid deriva de la paraula grega glykys que significa “dolç”.

Els glúcids són un conjunt de composts orgànics formats per carboni (C), oxigen (O) i hidrogen (H). És habitual que tinguin una fórmula química propera a C_nH_2nO_n.

Són les biomolècules més abundants en la naturalesa i constitueixen la principal reserva energètica en la majoria dels éssers vius.

Se’ls sol anomenar hidrats de carboni o carbohidrats. En realitat, aquest nom és poc apropiat, ja que no es tracta d’àtoms de carboni hidratats, és a dir enllaçats a molècules d’aigua, sinó d’àtoms de carboni units a grups alcohòlics (OH), també anomenats radicals hidroxil (OH), i a radicals hidrogen (H).

Estan formats per una o diverses cadenes entre 3 i 7 carbonis.

Font: Proyecto Biosfera

Un d’aquests carbonis pertany a un grup carbonil (és a dir, un carboni unit a un oxigen mitjançant un doble enllaç). El grup carbonil pot ser un grup aldehid (—CHO), o un grup cetònic (C=O).

La resta de carbonis estan units a grups hidroxils o a hidrògens. Així doncs, els glúcids es poden definir com a polihidroxialdehids o polihidroxicetones.

Els glúcids poden sofrir processos d’aminació, incorporació de grups amino (—NH₂) i d’esterificació amb àcids, com ara l’àcid sulfúric (H₂SO₄) o l’àcid fosfòric (H₃PO₄). Així doncs, poden contenir àtoms de nitrogen (N), sofre (S) i fòsfor (P), però sense que aquests siguin essencials en la seva constitució.

A grans trets els glúcids tenen dues funcions principals en els sers vius: són substàncies de reserva energètica o formen part de l’estructura de les seves cèl·lules.

Classificació dels glúcids

Els glúcids es classifiquen segons el nombre de cadenes polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que continguin. Així doncs, els glúcids es poden classificar en:

Monosacàrids: constituïts per una sola cadena (polihidroxialdehid o polihidroxicetona) formada per 3-7 carboni. Exemples: glucosa i galactosa
Oligosacàrids: formants per la unió de 2 a 10 molècules de monosacàrids (disacàrids, trisacàrids…). Exemple: sacarosa, lactosa
Polisacàrids: formats per la unió de més de 10 monosacàrids. Ex.: midó i cel·lulosa
Heteròsids: són glúcids associats a altres molècules. Per exemple glucolípids, glucoproteïnes, peptidoglicans…

1. Els monosacàrids

Són glúcids constituïts per una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica. Aquesta cadena pot estar formada per la unió de tres carbonis fins a vuit carbonis. Per això no es poden descompondre per hidròlisi. Constitueixen els monòmers a partir dels quals es formen els altres glúcids.

En un dels àtoms de carboni (el primer o el segon de la cadena) s’hi troba un grup carbonil. I els carbonis de la cadena completen la resta d’enllaços amb grups hidroxils (-OH) i hidrògens.

Els polihidroaldehids tenen un grup aldehid en el primer carboni i en la resta de carbonis una funció hidroxil. S’anomenen aldoses. Les polihidroxiacetones tenen una funció cetona en el carboni 2. S’anomenen cetoses.

Els monosacàrids responen a la fórmula química C_n(H₂O)_n, sent n el nombre d’àtoms de carboni que té la cadena. Segons el nombre d’àtoms de carboni podem diferenciar les trioses (3), tetroses (4), pentoses (5), hexoses (6) o les heptoses (7).

Alguns dels monosacàrids més importants:

Glucosa: (una aldohexosa) és la principal font energètica de moltes cèl·lules
Fructosa: (una cetohexosa) és molt abundant al món vegetal.
Ribosa (una aldopentosa) forma part d’alguns coenzims i de l’àcid ribonucleic.
Desoxiribosa (ribosa modificada) forma part de l’àcid desoxiribonucleic
Àcids glucurònic i galacturònic: components estructurals dels teixits.

Els monosacàrids formen anells: ciclació

En dissolució, els monosacàrids de cadena curta es troben en forma lineal, mentre que les aldoses i les cetoses de cinc o més àtoms de carboni no són molècules lineals sinó que es troben formant cicles o anells. La ciclació és una reacció espontània, que es dona sense ajut de cap enzim.

L’estructura lineal rep el nom de Projecció de Fischer i l’estructura ciclada, Projecció de Haworth. A la representació de Haworth la cadena carbonada ciclada se situa sobre un pla. Els radicals de la cadena es troben per sobre o per sota del pla.

La ciclació es produeix per la formació d’un enllaç intramolecular on el grup carbonil reacciona amb el grup hidroxil (OH) del carboni asimètric més allunyat del grup funcional.

Si el grup carbonil formava part d’un aldehid (aldosa), l’enllaç és de tipus hemiacetal. La ciclació de les aldoses té lloc en reaccionar el grup aldehid del C1 amb un dels grups hidroxil (el del C4 si és una aldopentosa o el del C5 si és una aldohexosa). Com a conseqüència, s’estableix un enllaç hemiacetal. La molècula resultant és del tipus piranòsic, per tant, a l’exemple tenim una glucopiranosa.

Si el grup carbonil formava part d’una cetona (cetosa) l’enllaç serà de tipus hemicetal. En el cas de les cetoses la ciclació es produeix en reaccionar el grup cetònic del C2 amb el grup –OH del C5. Es forma un enllaç hemicetal. La molècula resultant és de tipus furanòsic, per tant, a l’exemple tenim una fructofuranosa.

Les projeccions derivades d’aldoses de sis carbonis donen lloc a anells derivats de pirà (forma hexagonal) i les derivades de cetoses de sis carbonis originen anells derivats de furà (forma pentagonal). Les aldohexoses generen anells de pirà , que anomenen piranoses i les cetohexoses anells de furà, anomenats furanoses.Així tindrem -D-fructofuranosa o -L-galactopiranosa.

Formació d’estructures cícliques dels monosacàrids.

Vull tornar a l’índex

1.1. Propietats dels monosacàrids

Els monosacàrids són sòlids cristal·lins, blancs o incolors, solubles en aigua i tenen gust dolç.

Són capaços d’oxidar-se, és a dir, de perdre electrons, davant d’altres substàncies que quan els accepten es redueixen. El C=O capta OH-i es transforma en COOH. La presència del grup carbonil (aldehid o cetona) els fa reductors davant de determinades substàncies, com la solució de Fehling.

Aquesta propietat ens permet determinar la presència de monosacàrids ja que el reactiu de Fehling de color blau (en estar oxidat) es redueix en presència de glúcids i adquireix color vermell.

Isomeria en els monosacàrids

La isomeria és una característica que apareix en aquelles molècules que tenen la mateixa fórmula empírica, però presenten característiques físiques o químiques que les fan diferents. A aquestes molècules se les denomina isòmers.

En els monosacàrids podem trobar isomeria de funció, isomeria espacial i isomeria òptica.

Isomeria de funció.

Els isòmers es distingeixen per tenir diferents grups funcionals. Les aldoses són isòmers de les cetoses. Un exemple d’isòmers de funció serien la glucosa (que és una aldosa) i la fructosa (que és una cetosa). Ambdues molècules tenen la mateixa quantitat d’àtoms C₆H₁₂O₆, però un grup funcional diferent.

AldosaCetosa

Isomeria espacial

Els isòmers espacials, o estereoisòmers, es produeixen quan la molècula presenta un o més carbonis asimètrics (és un carboni unit a quatre radicals químics diferents). Els radicals units a aquests carbonis poden disposar-se a l’espai en diferents posicions.

Com més carbonis asimètrics tingui la molècula, més estereoisòmers té. Podem conèixer el nombre d’estereoisòmers que té una molècula aplicant la fórmula 2ⁿ, (on n = nombre de carbonis asimètrics). Així doncs, el nombre d’estereoisòmers d’un compost depèn del nombre de carbonis asimètrics que té. La glucosa posseeix quatre carbonis asimètrics i posseeix, per tant, 24 = 16 estereoisòmers.

La cetosa més simple és la dihidroxiacetona, l’única cetotriosa existent. L’aldosa més simple és el gliceraldehid, el qual té el carboni 2 asimètric perquè apareix unit a quatre grups diferents. Tenint en compte la posició del grup hidroxil (–OH) en aquest carboni, es distingeixen dos isòmers espacials, estereoisòmers, del gliceraldehid: el D-gliceraldehid, amb el grup hidroxil a la dreta en la representació plana, i L-gliceraldehid, amb l’esmentat grup localitzat a l’esquerra.

El carboni asimètric més allunyat del grup funcional serveix com a referència per a anomenar la isomeria d’una molècula.

Quan el grup alcohol d’aquest carboni es troba representat a la seva dreta a la projecció lineal es diu que aquesta molècula és un isòmer D.
Quan el grup alcohol d’aquest carboni es troba representat a la seva esquerra en la projecció lineal es diu que aquesta molècula és un isòmer L.

Dins del grup d’estereoisòmers podem trobar uns isòmers especials:

Enantiòmers, són molècules que tenen els grups -OH de tots els carbonis asimètrics, en posició oposada, reflex de l’altra molècula isòmera. Els dos estereoisòmers són imatge especular l’un de l’altre. Els enantiòmers corresponen a la mateixa substància, amb les mateixes propietats, excepte en l’activitat òptica. Aquells que tenen el grup OH del carboni més allunyat del grup carbonil a la dreta són de la sèrie D, i els que el tenen a l’esquerra són de la sèrie L.
Epímers a les molècules isòmeres que es diferencien en la posició d’un únic -OH en un carboni asimètric. No són imatges especulars entre si. Els epímers són substàncies diferents, amb propietats distintes. Aquests tenen un nom diferent. Ex: D-ribulosa i D-xilulosa; D-glucosa i D-manosa.

Isomeria òptica

Els compostos amb aquest tipus de carbonis asimètrics són òpticament actius, és a dir que les seves dissolucions desvien el pla de la llum polaritzada quan hi incideix. Dit d’una altra manera quan un raig de llum polaritzada hi incideix, es produeix una desviació en el pla de polarització, i el raig refractat sorgeix amb un altre pla de polarització.

El sentit de la desviació dependrà de la posició que ocupen els radicals -H i -OH, respecte al C asimètric a què es troben units.

Si en una posició desvien el pla cap a la dreta, es diu que és una substància dextrogira, i es representa amb el signe (+).
Quan els radicals són a l’altra posició, el desvien cap a l’esquerra i es diu que és un isòmer levogir, i es representa amb (-).

Una barreja equimolecular d’isòmers òptics contraris seria òpticament inactiva, és a dir, que no farà girar en cap sentit el pla de la llum polaritzada. Aquesta barreja s’anomena racèmica o DL.

El caràcter D o L d’un monosacàrid no està relacionat amb la seva activitat òptica. Per aquesta raó, no tots els sucres de la sèrie D són dextrogirs, ni els de la sèrie L són levogirs, de manera que un monosacàrid pot pertànyer a qualsevol de les 4 categories: D(+), D(-), L(+) o L(-).

Per exemple, encara que la glucosa i la fructosa pertanyen a la sèrie D, la forma més comuna de la glucosa a la natura és dextrogira, mentre que la fructosa és levogira.

Per això la notació completa de les seves substàncies inclou el signe referent a la sèrie a què pertanyen, i el corresponent a la seva activitat òptica. La majoria dels glúcids naturals pertanyen a la sèrie D.

Vull tornar a l’índex

Anòmers

En ciclar-se, el carboni que portava el grup funcional passa de no ser asimètric a ser-ho, per la qual cosa apareixeran dos nous isòmers òptics. Aquests nous isòmers òptics s’anomenen anòmers i són les formes alfa i beta i el carboni que portava el grup funcional (l’1 a les aldoses i el 2 a les cetoses) passa a anomenar-se anomèric.

Els anòmers seran alfa si el grup -OH d’aquest nou carboni asimètric queda cap avall, i beta si ho fa cap amunt en la forma cíclica.

1. 2. Els oligosacàrids

Són glúcids formats per la unió, a través d’enllaços O-glicosídics, de 2 a 10 monosacàrids. Acostumen a tenir gust dolç i a ser solubles en aigua.

Si se n’uneixen dos, els anomenem disacàrids. Si tres, trisacàrid. Els de quatre els anomenem tetrasacàrids, …

Els més importants són els disacàrids. Els oligosacàrids es troben, juntament amb lípids i proteïnes, a la membrana plasmàtica on actuen com a receptors de moltes substàncies i com a molècules que serveixen perquè les cèl·lules es reconeguin entre si.

1.2. 1. L’enllaç O-glucosídic

A l’enllaç O-glucosídic, reacciona el grup OH (hidroxil) del carboni anomèric del primer monosacàrid amb un OH unit a un carboni (anomèric o no) del segon monosacàrid, que queden units alhora que es perd una molècula d’aigua. La unió dels monosacàrids pot donar origen a oligosacàrids o polisacàrids.

Si a l’enllaç intervé l’hidroxil del carboni anomèric del primer monosacàrid i un altre grup alcohol del segon monosacàrid, s’estableix un enllaç monocarbonílic. Com queda lliure el carboni carbonílic del 2n monosacàrid el disacàrid que es forma té poder reductor.

Si intervenen els dos grups hidroxils dels carbonis anomèrics dels dos monosacàrids, serà un enllaç dicarbonílic. En aquest cas no queda lliure cap carboni carbonílic, el disacàrid resultant perd el poder reductor.

Per indicar els diferents tipus d’enllaços, es posa la configuració del carboni anomèric del primer monosacàrid (alfa o beta), després un parèntesi a l’interior del qual es posen dos nombres, separats per una fletxeta, que indiquen els carbonis que intervenen en l’enllaç del primer i segon monosacàrid, respectivament.

Exemple: alfa (1-4), que vol dir que el primer monosacàrid té una configuració de tipus alfa i l’enllaç té lloc entre els –OH del C1 i del C4 del primer i segon monosacàrid, respectivament.

Els disacàrids són els oligosacàrids més abundants en els éssers vius.

Són dolços, solubles en aigua. Són cristal·litzables. Són hidrolitzables. Reductors quan el carboni anomèric d’algun d’ells no està implicat en l’enllaç.

La seva principal funció és energètica.

Els disacàrids més importants:

Vull tornar a l’índex

1.3. Polisacàrids

Els polisacàrids són polímers formats per la unió de molts monosacàrids mitjançant enllaços O-glicosídics. En el procés d’unió de n monosacàrids s’alliberen (n-1) molècules d’aigua. Aquestes molècules poden variar de mida, i arribar a uns pesos moleculars molt elevats.

Tenen característiques diferents de les dels glúcids més senzills: són insolubles en aigua, insípids i amorfs. Alguns com el midó, poden formar dispersions col·loidals a l’aigua. Cap no té caràcter reductor. Exerceixen generalment funcions de reserva energètica o estructurals; els que realitzen funcions estructurals presenten enllaços beta-glucosídics (cel·lulosa, quitina), mentre que els que actuen com a reserva energètica presenten enllaços alfa-glucosídics (midó, glucogen).

Midó

El midó és el polisacàrid de reserva propi dels vegetals. Els dipòsits de midó es troben dins els amiloplasts de llavors i tubercles com la patata o el moniato.

El midó està format per dos polímers de glucosa: amilosa (30%) i amilopectina (70%).

L’amilosa és un polímer de maltoses unides per enllaços ? (1-4). Té una estructura lineal i adopta una disposició helicoidal amb sis glucoses per volta. Pot arribar a tenir 300 unitats de glucosa. Per hidròlisi, dona molècules del disacàrid maltosa i després glucoses.
L’amilopectina està constituïda per un polímer de maltoses unides per mitjà d’enllaços ? (1-4), però cada 25 o 30 unitats de glucosa apareixen ramificacions unides a la cadena principal per enllaços ?(1-6).

Glicogen

El glicogen és el polisacàrid de reserva energètica dels animals. Es troba abundantment al fetge i als músculs. Forma dispersions col·loidals a l’interior de la cèl·lula.

El glicogen, igual que l’amilopectina, està constituït per polímers de maltoses unides per mitjà d’enllaços ?(1-4) amb ramificacions ?(1-6), però molt més abundants, aproximadament, cada vuit o deu glucoses.

Vull tornar a l’índex

Cel·lulosa

La cel·lulosa és un polisacàrid amb funció esquelètica propi dels vegetals. És l’element més important de la paret cel·lular de la cèl·lula vegetal. Forma estructures rígides que suporten grans canvis de pressió però són permeables.

És un polímer lineal de ?(1-4) celobiosa, que formen cadenes moleculars no ramificades que s’agrupen en fibres. Els animals no podem degradar directament la cel·lulosa per obtenir glucosa, ja que no tenim els enzim adient per trencar l’enllaç ?. Tanmateix, alguns bacteris intestinals, que viuen en simbiosi en intestins d’animals herbívors i insectes xilòfags. És important en la dieta perquè constitueix la fibra que hidrata les femtes, facilitant el seu trànsit.

Vull tornar a l’índex

Quitina

La quitina és un polisacàrid amb funció estructural d’alguns animals i fongs. Forma l’exoesquelet en artròpodes i les parets cel·lulars dels fongs. És un polímer no ramificat de la N-acetil-glucosamina amb enllaços ?(1?4). N-acetil-glucosamina Artròpode desprenent-se del seu antic exoesquelet per poder créixer

1.4. Funció dels glúcids

Els glúcids en els éssers vius fan dues funcions principals: energètica i estructural.

Funció energètica dels glúcids

El glúcid més important és la glucosa, ja que és el monosacàrid més abundant en el medi intern, i pot travessar la membrana cel·lular sense necessitat de ser transformat en molècules més petites. També els disacàrids tenen funció energètica, ja que com a resultat de la seva hidròlisi s’obtenen monosacàrids que es poden utilitzar per a l’obtenció d’energia.

El midó i el glicogen són molècules de reserva de glucosa. Quan es necessiten, les glucoses són hidrolitzades del midó o el glicogen per ser usades per la cèl·lula.

Funció estructural dels glúcids

L’enllaç ?eta impedeix la degradació de les molècules que el posseeixen i fa que alguns òrgans i estructures puguin viure centenars d’anys, com en el cas dels arbres, i mantenir estructures a diversos metres d’alçària.

Entre els glúcids amb funció estructural podem esmentar:

La cel·lulosa en els vegetals.
La quitina en els artròpodes.
La ribosa i desoxiribosa en els àcids nucleics de tots els éssers vius.
Els peptidoglicans en la paret bacteriana.

Altres funcions dels glúcids

Quan els glúcids es combinen amb altres tipus de molècules poden tenir funcions variades.

Per esmentar unes quantes:

Alguns oligosacàrids formats tres o més monosacàrids intervenen en els processos de reconeixement cel·lular, ja que es troben inserits en la membrana plasmàtica en forma d’heteròsids, glicolípids i glicoproteïnes. L’estreptomicina té funció antibiòtica. La vitamina C té funció enzimàtica. L’heparina té funció anticoagulant. Les gonadotropines tenen funció hormonal.