Glúcids: Estructura, Classificació i Funcions
1. Glúcids: Concepte
Els glúcids són biomolècules formades bàsicament per C, H i O. La seva fórmula empírica és Cm(H2O)n, per això també se'ls anomena hidrats de carboni. Químicament són polihidroxialdehids o polihidroxicetones, és a dir, polialcohols (-OH) amb un grup carbonil en posició terminal (aldehid -CHO) o no (cetona -CO-). Hi ha derivats que a més a més poden contenir N, P o S.
3. Monosacàrids
3.1. Concepte, Propietats i Classificació
Són la unitat bàsica o monòmers dels glúcids (molècules simples). No es poden descompondre per hidròlisi. Estan constituïts per una sola cadena de 3 a 7 carbonis.
Propietats físiques: Són sòlids cristal·lins, de color blanc, dolços i solubles en aigua.
Es classifiquen en aldoses (amb grup aldehid) i cetoses (amb grup cetona), i segons el nombre de carbonis en trioses (3C), tetroses (4C), pentoses (5C), hexoses (6C) i heptoses (7C).
3.2. Isomeria
La presència de carbonis asimètrics (C*), és a dir, que tenen les 4 valències saturades per radicals diferents, determina els isòmers espacials o estereoisòmers (mateixa fórmula, però diferent en l'espai). Hi hauran 2n estereoisòmers, on n = Nº C*.
Els estereoisòmers que són imatges especulars s'anomenen enantiòmers: forma D o L segons si el -OH de l'últim C* es troba a la dreta o a l'esquerra. En els éssers vius només trobem formes D.
Dos monosacàrids que tan sols es diferencien en la posició del grup hidroxil en un C* s'anomenen epímers. Per exemple, la D-eritrosa i la D-treosa ho són.
La presència de C* també comporta una isomeria òptica, és a dir, la capacitat de desviar el pla de la llum polaritzada cap a la dreta (dextrogir, +) o cap a l'esquerra (levogir, -), sense tenir relació amb les formes D o L. Exemples: D-(+)-glucosa, D-(-)-fructosa.
3.3. Ciclació
Fins ara hem representat les molècules en forma lineal (projecció de Fischer), però en dissolució o bé quan s'uneixen entre si, els monosacàrids es presenten normalment (95%) en forma cíclica (projecció de Haworth).
El grup carbonil capta una molècula d'aigua formant un compost inestable, llavors reacciona amb un dels grups hidroxil, establint-se un enllaç hemiacetàlic i s'allibera una molècula d'aigua. Aquest fet origina un nou carboni asimètric (anomèric), i segons la posició del grup -OH determina els anòmers α i β.
Les úniques estructures estables són les de 5 o 6 carbonis. Formen anells pentagonals o hexagonals derivats respectivament del furan (furanoses) o del piran (piranoses).
La mutarotació és el fenomen mitjançant el qual el monosacàrid passa d'un anòmer α a β i viceversa. En realitat, aquestes estructures cícliques no són planes, sinó que poden adoptar dues conformacions en l'espai: de cadira o trans i de nau o cis.
4. Disacàrids
4.1. L'Enllaç O-glicosídic
Els disacàrids estan formats per la unió de 2 monosacàrids mitjançant l'enllaç O-glicosídic. Aquest enllaç es forma entre el carboni anomèric (α o β) d'un monosacàrid i un grup -OH de l'altre. En el procés es perd una molècula d'aigua, i és reversible per hidròlisi.
L'enllaç pot ser entre un C anomèric i un C no anomèric (monocarbonílic) o entre dos C anomèrics (dicarbonílic). En aquest últim cas, el disacàrid perd el poder reductor.
Nomenclatura: S'escriu el primer monosacàrid acabat en -OSIL, a continuació els 2 carbonis implicats en l'enllaç entre parèntesi, i finalment el segon monosacàrid acabat en -OSA (no anomèric) o en -ÒSID (anomèric).
4.2. Disacàrids més importants
a) Maltosa: α-D-glucopiranosil-(1→4)-α-D-glucopiranosa. S'obté per hidròlisi del glicogen i del midó. Es troba en el gra germinat de l'ordi.
b) Isomaltosa: α-D-glucopiranosil-(1→6)-α-D-glucopiranosa. S'obté per hidròlisi del glicogen i del midó (amilopectina). Prové dels punts de ramificació.
c) Cel·lobiosa: β-D-glucopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. S'obté per hidròlisi de la cel·lulosa.
d) Lactosa: β-D-galactopiranosil-(1→4)-α-D-glucopiranosa. És el sucre de la llet.
e) Sacarosa: α-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranòsid. Es troba com a substància de reserva a la canya de sucre (20%) i a la remolatxa (15%). No té poder reductor.
5. Trisacàrids
Glúcids formats per la unió de 3 monosacàrids. El més conegut és la rafinosa, constituïda per una sacarosa + una galactosa unida a la glucosa per un enllaç α(1→6). Es troba en moltes plantes lleguminoses (mongetes, cigrons). No la podem digerir i fermenta a l'intestí gros produint gasos.
6. Polisacàrids
6.1. Concepte, Propietats i Classificació
Glúcids formats per la unió de molts monosacàrids (d'11 a milers). Formen cadenes lineals o ramificades d'elevat pes molecular. No són dolços, poden ser insolubles o formar dispersions col·loïdals, i han perdut el poder reductor.
Es classifiquen en:
- Homopolisacàrids: Formats per un sol tipus de monosacàrid. Exemples: Pentosanes (arabans, xilans,...), Hexosanes (glucosans, fructosans, mannosans,...).
- Heteropolisacàrids: Formats per més d'un tipus de monosacàrids.
6.2. Homopolisacàrids
a) Midó: Format per α-D-glucoses. L'amilasa l'hidrolitza a maltosa. Es troba habitualment formant grànuls de reserva en els amiloplasts (tubercles, llavors, etc). En aigua calenta forma dispersions col·loïdals. Es tenyeix de color morat amb el iode. Està format per 2 tipus de polímers:
- Amilosa (20%): Cadena lineal helicoïdal de fins a 1.000 glucoses unides per enllaços α(1→4). Amb el iode es tenyeix de blau.
- Amilopectina (80%): Cadena ramificada de 5.000-50.000 glucoses unides per enllaços α(1→4). Cada 12-24 restes presenta una ramificació amb un enllaç α(1→6). Amb el iode es tenyeix de vermell.
b) Glicogen: Forma cadenes ramificades de fins a 30.000 α-D-glucoses. Similar a l'amilopectina però més ramificat (cada 6-12 restes). També forma dispersions col·loïdals i tenyeix vermell amb el iode. S'hidrolitza a maltosa. Es troba com a reserva dels animals al citoplasma de les cèl·lules hepàtiques i musculars.
c) Cel·lulosa: Forma cadenes lineals de fins a 15.000 β-D-glucoses unides per enllaços β(1→4). Unes 60 cadenes s'uneixen entre si mitjançant ponts d'hidrogen formant micel·les. Unes 20 micel·les s'organitzen formant microfibril·les (visibles al microscopi electrònic), unes 250 microfibril·les formen una fibril·la (visible al microscopi òptic), i unes 1.500 fibril·les formen una fibra de cotó (8x108 cadenes de cel·lulosa). Es troba formant part de la paret cel·lular dels vegetals. Constitueix una estructura molt resistent i insoluble. Els tèrmits i herbívors remugants la poden hidrolitzar gràcies a bacteris o protozous simbionts.
d) Quitina: Forma cadenes lineals de N-acetilglucosamina unides per enllaços β(1→4). És el component de l'exosquelet dels artròpodes i de la paret cel·lular dels fongs.
e) Pectina: Forma cadenes lineals de 300-1.000 àcids galacturònics metilats, units per enllaços α(1→4). És un component de la paret cel·lular dels vegetals.
6.3. Heteropolisacàrids
a) Hemicel·lulosa: Cadenes ramificades de D-glucosa, D-galactosa, D-xilosa, L-arabinosa i altres monosacàrids. Component de la paret cel·lular dels vegetals.
b) Agar-agar: Format per D i L galactoses i altres monosacàrids. S'extreu de les algues vermelles. S'utilitza com a espessant alimentari i per preparar medis de cultiu.
c) Goma aràbiga: Constituïda per D-galactosa, L-arabinosa, L-ramnosa i alguns derivats com l'àcid glucorònic. Funció cicatritzant.
d) Mucopolisacàrids o glicosaminoglicans: Substàncies de la matriu extracel·lular en els teixits animals, de funcions lubricants o cimentants. Els més importants són l'àcid hialurònic (teixit conjuntiu, líquid sinovial, humor vitri), el sulfat de condroïtina (teixit cartilaginós i ossi, còrnia) i l'heparina (substància intercel·lular al fetge i pulmons, de funció anticoagulant).
7. Heteròsids
Formats per un glúcid + aglicona (molècula no glucídica).
a) Peptidoglicans o mureïna: Cadenes de N-acetilglucosamina (NAG) i N-acetilmuràmic (NAM) units per enllaços β(1→4). Les cadenes s'uneixen per mitjà de petits oligopèptids. És un component de la paret cel·lular bacteriana.
b) Proteoglicans o mucoproteïnes: Formats per glicosaminoglicans (80%) + proteïna (20%).
c) Glicoproteïnes: Formades per una petita fracció glucídica (5-40%) + proteïna. En són exemples les mucines (a la saliva), les glicoproteïnes de la sang (immunoglobulines, protrombina) i les glicoproteïnes de membrana.
d) Glicolípids: Constituïts per oligosacàrid + lípid. Els més coneguts són els gangliòsids i cerebròsids, que es troben a la membrana plasmàtica.
8. Funcions dels Glúcids
a) Energètica: Monosacàrids (sobretot glucosa). Midó i glicogen com a reserva.
b) Estructural: Cel·lulosa, hemicel·lulosa i pectines formen la paret cel·lular dels vegetals. Peptidoglicans formen la paret bacteriana. Quitina forma l'exosquelet dels artròpodes.
c) Altres funcions específiques: Cicatritzant (gomes), anticoagulant (heparina), lubricant (mucina), etc.