TEMA 3.1- Glúcids

1

BIOMOLÈCULES ORGÀNIQUES

ELS GLÚCIDS

Són biomolècules orgàniques constituïdes per carboni, hidrogen, i oxigen, amb la presència a vegades, de nitrogen, sofre i fòsfor. L’oxigen i l’hidrogen es troben en els glúcids en la mateixa proporció que en l'aigua (dos hidrogens per cada oxigen), d’ací ve el seu nom d'hidrats de carboni, encara que la seva composició i les seves propietats no corresponen en absolut amb aquesta definició. La principal funció dels glúcids és aportar energia a l'organisme. De tots els nutrients que puguen ser utilitzats per obtenir energia, els glúcids són els que produeixen una combustió més neta i ràpida dins les nostres cèl·lules i els que deixen menys residus en l'organisme. Ho veurem a l’apartat del metabolisme. De fet, el cervell i el sistema nerviós només utilitzen glucosa per obtenir energia. D'aquesta manera, s'impedeix la presència de residus tòxics (com l’amoníac, que és resultat de cremar proteïnes) i el contacte d’aquests amb les delicades cèl·lules del teixit nerviós. Una part molt petita dels hidrats de carboni que ingerim es fa servir en la construcció de molècules més complexes, juntament amb els greixos i les proteïnes, que llavors s'incorporaran als nostres òrgans. També utilitzem una porció d'aquests carbohidrats per aconseguir cremar de forma més neta les proteïnes i greixos que es fan servir com a font d'energia. Els glúcids formen la major part de la matèria orgànica de la biosfera (perquè són el principal component dels vegetals) i constitueixen el principal component de la dieta dels animals. Químicament són polialcohols en els quals un dels grups hidroxil (OH) ha estat substituït per un grup aldehid (−CHO) o per un grup cetona (−CO−).

CLASSIFICACIÓ

Monosacàrids: No es poden hidrolitzar (trencar per hidròlisi, una manera química de trencar les molècules mitjançant l’aigua) i tenen de tres a vuit àtoms de carboni. Són monosacàrids la ribosa, la desoxiribosa, la glucosa, la galactosa, i la fructosa.

TRIOSA, TETROSA, PENTOSA I HEXOSA

· Oligosacàrids: Formats per la unió de poques molècules de monosacàrids ( de dos a deu). · Disacàrids: unió de dos monosacàrids (sacarosa, lactosa i maltosa)

LACTOSA MALTOSA

· Trisacàrids: unió de tres monosacàrids. · Polisacàrids: Formats per la unió de moltes molècules de monosacàrids. (Veure classificació a POLISACÀRIDS) . Heteròsids: Formats per monosacàrids i altres molècules no glucídiques (aglicona), les quals poden ser els lípids (glucolípids), les proteïnes (glucoproteïnes), les bases nitrogenades....

FUNCIONS DELS GLÚCIDS Principal font d'energia. La glucosa és la substancia amb la qual la majoria d'organismes obtenen l'energia. El midó a les plantes i el glucogen als animals són materials de reserva que poden ser hidrolitzats per formar la glucosa. · Elements estructurals. La cel·lulosa és el component principal de la paret cel·lular dels vegetals, la quitina forma l'esquelet extern de mots artròpodes i la condroïtina es troba en el teixit connectiu dels animals. Són part fonamental d'altres molècules, com àcids nucleics (ribosa i desoxiribosa), fosfats d'adenosina, com l’ATP (ribosa), glucoproteïnes....

MONOSACÀRIDS

La seva fórmula general es (CH2O)n on n està comprès entre 3 i 8.

Són substàncies sòlides, blanques, solubles en aigua, sovint amb gust dolç i amb caràcter reductor. En general s'anomenen afegint −OSA al prefix que indica el nombre de carbonis (hexosa, pentosa). Cadascun d'aquests grups inclou dues series les aldoses (amb grup aldehid) i les cetoses (amb grup cetona). L'aldosa més simple és el gliceraldehid (figura de la dreta).

Una mateixa molècula pot ser D o L, i es pren com a referència el carboni asimètric més allunyat del grup aldehid o cetona (a l’esquerra la D i L glucosa). No té massa importància per a vosaltres. La presencia de certs carbonis de les molècules determina l'activitat òptica dels monosacàrids. Si desvien la llum polaritzada que els travessa cap a la dreta, s'anomenen dextrogires i si ho fan cap a la esquerra levogires. Aquesta activitat és independent del fet que siguen D o L.

Entre les pentoses (monosacàrids amb 5 carbonis) destaquen la D−ribosa, la desoxi−D−ribosa, components del ARN i del ADN, respectivament. Entre les hexoses (monosacàrids amb 6 carbonis) destaquen la D−glucosa, la D−manosa, la D−galactosa i la D−fructosa. La glucosa és el monosacàrid més abundant a la natura. S'origina durant la fotosíntesi i és necessària per la respiració aeròbica (amb oxigen) dels organismes. Als animals la glucosa és el glúcid essencial de l'alimentació. Es troba en forma de glucogen i s’acumula al fetge i als músculs i és un component de la sang en els animals superiors. La glucosa s'obté industrialment per hidròlisi del midó.

TEMA 3.1- Glúcids

3

Estructures cícliques dels monosacàrids (informació accessòria). L’estructura real dels monosacàrids és cíclica, i així és com s’enllacen unes amb altres per a formar molècules més complexes. L'enllaç O−Glucosídic. S’utilitza en la unió dels polisacàrids i oligosacàrids. Es caracteritza per la reacció entre un grup hidroxil del carboni carbonílic (amb doble enllaç a l’oxigen) d'un monosacàrid amb un altre grup hidroxil d'un altre monosacàrid.

Les formes cícliques determinen algunes propietats biològiques, i la forma d’enllaçar amb altres molècules.

OLIGOSACÀRIDS

Unions de 2 a 15 monosacàrids. La seua diversitat, deguda a les múltiples combinacions entre monosacàrids, els dota d’una capacitat de “codificació” utilitzada per a emmagatzemar informació, sobretot a les membranes cel·lulars, on es comporten com a receptors específics per a les cèl·lules.

DISACÀRIDS Dins dels oligosacàrids, són els més coneguts. Són glúcids formats per la unió de 2 monosacàrids units per enllaços glucosídics. Els de més importància biològica són: SACAROSA: És el principal glúcid de reserva dels vegetals. Es sintetitza amb la fotosíntesi. S’obté de la canya de sucre i de la remolatxa sucrera.

MALTOSA: Es troba en el gra d’ordi germinat i es fa servir en l’obtenció de la cervesa. Es fa servir com a nutrient, edulcorant i medi de cultiu.

LACTOSA: Es el principal glúcid de la llet dels mamífers.

CEL·LOBIOSA: No es troba lliure a la natura, però forma la cel·lulosa. El catabolisme d'aquests disacàrids comporta la hidròlisi (trencar l’enllaç amb una molècula d’aigua) dels seus monosacàrids constituents. En els essers humans aquesta hidròlisi la porten a terme els enzims, sacarasa, lactasa i maltasa que són produïts en les cèl·lules digestives.

POLISACÀRIDS

Unions múltiples de monosacàrids (o disacàrids). Si es repeteix el mateix monosacàrid parlem d’homopolisacàrids. Si trobem monosacàrids diferents, d’heteropolisacàrids.

POLISACÀRIDS

HOMOPOLISACÀRIDS

De reserva Midó

Glucògen

Estructurals Cel·lulosa

Quitina

HETEROPOLISACÀRIDS

D’origen vegetal

Pectina Agar-agar Hemicel·lulosa Gomes

D’origen bacterià Peptidoglucans D’origen animal Glucosaminglucans

HOMOPOLISACÀRIDS MIDÓ Polisacàrid de reserva energètica dels vegetals, format per la repetició de D-

glucoses mitjançant enllaços (1-4), menys

resistents que els , i per tant, fàcilment fragmentable en els seus components: amilosa (dreta) i amilopectina, per una banda, i maltosa i glucosa per l’altra.

TEMA 3.1- Glúcids

5

CEL·LULOSA Molècula estructural de la paret de les cèl·lules vegetals, formada per la repetició de

D-glucoses unides per enllaços (1-4). Forma cadenes lineals no ramificades de fins a 15.000 molècules. Les cadenes s’uneixen de forma paral·lela amb ponts d’hidrogen, donant lloc a les micel·les. Aquestes s’uneixen en miofibril·les, i estes en macrofibril·les, que s’uneixen finalment formant una fibra.

Les fibres formen un entramat amb capes disposades en diferents direccions que augmenta la resistència de la paret.

L’enllaç la fa molt resistent i inutilitzable per la majoria d’animals. Els herbívors i els tèrmits (mengen fusta) la poden digerir gràcies a bacteris simbionts del seu intestí.

L’amilosa (baix) constitueix un 30% del total, i esta formada per molècules helicoïdals (6 glucoses per volta) de fins a 500.000 de pes molecular. És soluble en aigua donant dispersions col·loïdals. Per hidròlisi amb àcids

o per l’acció de l’enzim -amilasa dona lloc a les dextrines i, després, a la maltosa, que per la maltasa dona glucosa. L’amilopectina (dreta) té un nucli similar a l’amilosa però, cada 24-30 glucoses apareix una ramificació gràcies. És menys soluble i arriba fins a 1.000.000 de pes molecular. Per a la seua hidròlisi necessita d’un enzim específic de l’enllaç lateral.

GLUCÒGEN Polisacàrid de reserva dels animals, acumulat al fetge i als músculs. Format per unions de fins a 15.000 maltoses, amb un pes molecular de fins a 5.000.000. També presenta ramificacions. Quan la glucosa present en forma lliure s’exhaureix per un esforç prolongat, el glucogen va alliberant maltoses i glucoses gràcies als enzims per restaurar el nivell en sang. Igual que el midó, la importància de presentar-se en forma molecular de grans dimensions és per evitar el problema osmòtic que suposaria tindre dins les cèl·lules una gran quantitat de glucoses soltes, de forma individual. A més, cal dir que aquestes grans molècules van acompanyades d’aigua, que augmenta el seu pes i volum.

QUITINA

Homopolímer de la N-acetil-D-glucosamina, derivat aminat de la glucosa. Com la cel·lulosa. És una molècula lineal i estructural. És el principal component de l’exosquelet dels artròpodes i de la paret cel·lular dels fongs. Disposició en capes, similar a la cel·lulosa. De vegades, igual que aquesta, pressenten inclusions de sals minerals i altres components que augmenten la seua duresa. Els residus industrials (conserves) de la quitina han estat reutilitzat per fabricar empelts de pell artificial (per a grans cremats), sutures quirúrgiques, tractaments de còrnia, etc.

HETEROPOLISACÀRIDS Són substàncies que per hidròlisi donen diferents tipus de monosacàrids o derivats d’estos.

PECTINA Polímer complex vegetal, present a la paret cel·lular, on actua com aglutinant entre cèl·lules. Es troba en quantitat a la pell de moltes fruites, i la seua capacitat gelificant la fan útil en la fabricació de melmelades i compotes.

AGAR-AGAR Provinent d’algunes algues roges, és indigerible i s’utilitza com a base per a les preparacions nutritives de microorganismes (medi de cultiu), així com espessidor alimentari i als tractaments aprimants (augmenta de volum dels aliments i lleva la fam).

HEMICEL·LULOSA Component de la paret cel·lular, és un polímer de xilosa, arabinosa i d’altres monosacàrids.

GOMES VEGETALS Són exsudats vegetals viscosos que segreguen determinats vegetal per tancar ferides. Dissoltes en aigua serveixen com a cola o com a base flexible de diferents productes (xiclet). Exemples: aràbiga, de pruner, de cirerer, etc.

PEPTIDOGLUCANS Associacions de cadenes de N-acetil glucosamina i N-acetil muràmic amb cadenes d’aminoàcids (pèptids). També anomenats mureïnes, són els components essencials de la paret bacteriana.

GLUCOSAMINGLUCANS Coneguts antigament com a mucopolisacàrids, es presenten associats a proteïnes, i comprenen un grup de substàncies, entre les quals podem destacar:

Àcid hialurònic: forma part de la matriu extracel·lular dels teixits connectius: el conjuntiu, el cartilaginós i l’ossi, així com a l’humor vitri i al líquid sinovial.

Sulfats de condroïtina: present al teixit cartilaginós.

Heparina: present a la substància intercel·lular de fetge i pulmons, posseeix propietats anticoagulants i s’utilitza amb aquesta finalitat en medicina. Està present també a la saliva d’animals hematòfags, per impedir la coagulació de la sang mentre xuclen.