Glúcidos y lípidos

Los glúcidos, también conocidos como hidratos de carbono o azúcares, son biomoléculas orgánicas formadas principalmente por carbono ($C$), hidrógeno ($H$) y oxígeno ($O$), siguiendo la fórmula general $C_nH_{2n}O_n$. Químicamente, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

Sus funciones principales en los seres vivos son:

1. Energética: Son la fuente de energía inmediata para la célula (glucosa) o de reserva a corto plazo (almidón, glucógeno).
2. Estructural: Forman parte de paredes celulares (celulosa) o exoesqueletos (quitina).

Se clasifican según su complejidad en:

• Monosacáridos: Azúcares simples que no pueden hidrolizarse en otros más pequeños.
• Ósidos: Formados por la unión de varios monosacáridos. Se dividen en holósidos (solo glúcidos, como oligosacáridos y polisacáridos) y heterósidos (glúcido + fracción no glucídica).

Son sólidos blancos, cristalinos, solubles en agua y de sabor dulce. Se clasifican según el número de carbonos (triosas, tetrosas, pentosas, hexosas) y el grupo funcional: aldosas (grupo aldehído en $C_1$) o cetosas (grupo cetona en $C_2$).

Un concepto clave es la isomería. La presencia de carbonos asimétricos (unidos a cuatro radicales distintos) permite la existencia de:

• Enantiómeros: Imágenes especulares. Si el grupo $-OH$ del último carbono asimétrico está a la derecha, es la forma D; si está a la izquierda, es la forma L.
• Epímeros: Isómeros que solo se diferencian en la posición del $-OH$ de un único carbono asimétrico (ej. Glucosa y Galactosa en el $C_4$).

En disolución acuosa, las pentosas y hexosas no presentan estructura lineal, sino cíclica. Esta reacción ocurre entre el grupo carbonilo y un hidroxilo de la propia molécula:

• Enlace hemiacetal: Reacción entre un aldehído y un alcohol.
• Enlace hemicetal: Reacción entre una cetona y un alcohol.

Al ciclarse, el carbono carbonílico se vuelve asimétrico y se denomina carbono anomérico. Esto genera dos nuevos isómeros llamados anómeros:

• Alfa ($\alpha$): El $-OH$ del carbono anomérico queda hacia abajo (en la proyección de Haworth).
• Beta ($\beta$): El $-OH$ del carbono anomérico queda hacia arriba.

El proceso de ciclación transforma una cadena lineal en un anillo de tipo pirano (hexágono) o furano (pentágono), lo cual es vital para la formación de enlaces complejos.

El enlace O-glucosídico se establece entre dos monosacáridos mediante una reacción de condensación, liberándose una molécula de agua ($H_2O$).

• Enlace monocarbonílico: Se une el carbono anomérico del primer monosacárido con un carbono no anomérico del segundo. El compuesto resultante mantiene el poder reductor gracias al segundo carbono anomérico libre.
• Enlace dicarbonílico: Se unen los dos carbonos anoméricos entre sí. El compuesto pierde su poder reductor.

Los disacáridos son la unión de dos monosacáridos. Los más importantes son:

1. Maltosa: Glucosa ($\alpha$ 1 → 4) Glucosa. Proviene de la hidrólisis del almidón. Es reductora.
2. Celobiosa: Glucosa ($\beta$ 1 → 4) Glucosa. Proviene de la hidrólisis de la celulosa. Es reductora.
3. Lactosa: Galactosa ($\beta$ 1 → 4) Glucosa. Azúcar de la leche. Es reductora.
4. Sacarosa: Glucosa ($\alpha$ 1 → 2) Fructosa. Azúcar de mesa. La sacarosa no es reductora porque su enlace es dicarbonílico.

Están formados por un solo tipo de monosacárido, generalmente glucosa, unida por enlaces tipo $\alpha$.

• Almidón: Reserva energética de vegetales. Mezcla de amilosa (cadena lineal con enlaces $\alpha$ 1 → 4) y amilopectina (cadena ramificada con enlaces $\alpha$ 1 → 6 cada 25-30 glucosas).
• Glucógeno: Reserva energética en animales (hígado y músculo). Estructura similar a la amilopectina pero mucho más ramificada (cada 8-12 glucosas).

Ventaja del almacenamiento ramificado: Permite una movilización de glucosa mucho más rápida, ya que las enzimas pueden atacar múltiples extremos simultáneamente.

Se caracterizan por tener enlaces tipo $\beta$, que son mucho más estables y difíciles de hidrolizar.

• Celulosa: Componente de la pared celular vegetal. Cadenas lineales de glucosa ($\beta$ 1 → 4) que forman puentes de hidrógeno entre sí, creando microfibrillas de gran resistencia.
• Quitina: Polímero de N-acetil-glucosamina. Forma el exoesqueleto de artrópodos y las paredes celulares de los hongos.

Formados por diferentes tipos de monosacáridos.

• Pectinas y Hemicelulosa: Componentes de la pared celular vegetal que actúan como matriz.
• Mucopolisacáridos (Glicosaminoglicanos): Como el ácido hialurónico o la heparina (anticoagulante).
• Agar-agar: Extraído de algas rojas, muy usado en microbiología para espesar medios de cultivo.

Son cadenas hidrocarbonadas largas con un grupo carboxilo ($-COOH$) en un extremo.

• Saturados: Sin dobles enlaces (sólidos a temperatura ambiente, como el ácido palmítico).
• Insaturados: Con uno o más dobles enlaces que provocan "codos" en la cadena (líquidos, como el ácido oleico).

Son moléculas anfipáticas: tienen una cabeza polar hidrófila y una cola apolar hidrófoba. En agua, tienden a formar micelas o monocapas.

• Acilglicéridos (Grasas): Formados por la esterificación de la glicerina con uno, dos o tres ácidos grasos. Los triglicéridos son la principal reserva energética del organismo (aportan $9 \, kcal/g$).
• Ceras: Ésteres de un ácido graso de cadena larga con un monoalcohol de cadena larga. Son altamente hidrófobas, funcionando como impermeabilizantes en plumas, hojas o piel.

Son los componentes principales de las bicapas celulares.

1. Fosfolípidos: Formados por glicerina, dos ácidos grasos y un grupo fosfato unido a un alcohol polar.
2. Esfingolípidos: Basados en la esfingosina. La esfingomielina es crucial en las vainas de mielina de las neuronas.

Debido a su carácter anfipático, en medio acuoso se autoensamblan formando bicapas lipídicas, base de toda membrana biológica.

Derivan del isopreno ($2$-metil-$1,3$-butadieno).

• Monoterpenos: Aceites esenciales (mentol, limoneno).
• Diterpenos: Vitaminas A, E y K.
• Tetraterpenos: Carotenoides (pigmentos fotosintéticos como el $\beta$-caroteno).

• Esteroides: Derivan del esterano. El más importante es el colesterol, que regula la fluidez de las membranas plasmáticas animales. También incluyen hormonas sexuales (testosterona) y vitamina D.
• Prostaglandinas: Derivan del ácido araquidónico. Actúan como mediadores locales en procesos de inflamación, fiebre y coagulación sanguínea.

Para estudiar estas biomoléculas se emplean pruebas químicas específicas:

• Reacción de Fehling: Detecta azúcares reductores. Si hay presencia de un grupo carbonilo libre, el reactivo azul vira a un precipitado rojo ladrillo tras calentar.
• Tinción con Sudán III: Colorante lipófilo que tiñe las grasas de color naranja/rojo intenso.
• Saponificación: Al añadir una base fuerte ($NaOH$) a un lípido saponificable y calentar, se rompe el enlace éster formando sales de ácidos grasos (jabón).