Glúcit

Archiu:Carbohydrates.jpeg

Glúcit

D-Glucosa	D-Fructosa
Archiu:D-D-Fischer.png	Archiu:D-Fructose.svg
Ribosa - forma furanosa
Archiu:Beta-D-Ribofuranose.svg

Els glúcits, carbohidrats, hidrats de carbono o sacáridos són biomoléculas compostes principalment de carbono, hidrogen i oxigen, encara que alguns d'ells també contenen uns atres bioelementos tals com: nitrogen, sofre i fòsfor. Les principals funcions dels glúcits en els sers vius són el proporcionar energia immediata (no en va són la principal font d'energia, a través d'un procés d'oxidació, en la majoria de les cèlules no fotosintéticas), aixina com una funció estructural. Químicament, els glúcits es definixen com polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas (o, en el seu defecte, substàncies que la seua hidrólisis dona lloc a estos composts), que denoten la presència d'estos grups funcionals: el hidroxilo, que es presenta vàries voltes a lo llarc de la cadena carbonatada, i un grup carbonilo, que pot ser aldehit o cetona. Les formes biològiques primàries d'almagasenament i consum d'energia; la celulosa complix en una funció estructural en formar part de la paret de les cèlules vegetals, mentres que la quitina és el principal constituent del exoesquelet dels artròpodes.

Anteriorment, se'ls coneixia com a hidrats de carbono, degut a que en la seua fòrmula empírica, els àtoms d'hidrogen i oxigen estan units entre sí. Hidrat de carbono o carbohidrat són noms poc apropiats, ya que estes molècules no són àtoms de carbono hidratados, és dir, enllaçats a molècules d'aigua, sino que consten d'àtoms de carbono units a uns atres grups funcionals com carbonilo i hidroxilo. Este nom prové de la nomenclatura química de el XIX, ya que les primeres substàncies aïllades responien a la fòrmula elemental C_n(H₂O)_n (a on "n" és un sancer ≥ 3). D'ací que el terme «carbono-hidratado» s'haja mantingut, si ben posteriorment es va demostrar que no ho eren. Ademés, els texts científics anglosaxons insistixen en denominar-los carbohydrates lo que induïx a pensar que este és el seu nom correcte. De la mateixa manera, en dietètica, s'usa en més freqüència la denominació de carbohidrats.

Els glúcits poden sofrir reaccions d'esterificació, aminación, reducció, oxidació, la qual cosa otorga a cada una de les estructures una propietat específica, com pot ser de solubilidad.

Definicions i etimologies

• Carbohidrats o hidrats de carbono: Va haver intents per a substituir el terme de hidrats de carbono. Des de 1996 el Comité Conjunt de l'Unió Internacional de Química Pura i Aplicada (International Union of Pure and Applied Chemistry) i de l'Unió Internacional de Bioquímica i Biologia Molecular (International Union of Biochemistry and Molecular Biology) aconsella el terme carbohidrat i no recomana el de hidrats de carbono.
• Glúcits: Este nom prové de que poden considerar-se derivats de la glucosa per polimerisació i pèrdua d'aigua. El vocablo procedix del grec γλυκύς (glyκýs o glukús) que significa dolç.

• Sucres: Este terme solament pot usar-se per als monosacàrits (aldosas i cetosas) i els oligosacàrits inferiors (disacáridos). En singular (sucre) s'utilisa per a referir-se a la sacarosa o sucre de taula.
• Sacáridos: Provinent del grec σάκχαρ [sácchar] que significa "sucre". És la raïl principal dels tipos principals de glúcits (monosacàrits, disacárido, oligosacàrits i polisacàrits).
• Farina: Es coneix d'esta forma a totes les pols de grans i inclús tubèrculs i raïls sempre i quan en la seua composició continguen fécula (almidó).

Característiques

Els glúcits en la seua majoria són elaborats per les plantes durant la fotosíntesis (procés complex per mig del qual el diòxit de carbono de l'ambient es convertix en sucres senzills). Els glúcits són composts formats en la seua major part per àtoms de carbono, hidrogen i oxigen. Tenen enllaços químics difícils de trencar de tipo covalente, pero que almagasenen gran cantitat d'energia, que és lliberada quan la molècula és oxidada. En la naturalea són un constituent essencial dels sers vius, formant part de biomoléculas aïllades o associades a atres com les proteïnas i els lípits, sent els composts orgànics més abundants en la naturalea.

Els glúcits complixen dos papers fonamentals en els sers vius. Per un costat són molècules energètiques d'us immediat per a les cèlules (glucosa) o que s'almagasenen per al seu posterior consum (almidó i glucógeno); 1g proporciona 4,5 kcal. Per una atra part, alguns polisacàrits tenen una important funció estructural ya que formen part de la paret celular dels vegetals (celulosa) o de la cutícula dels artròpodes.

Classificació

Segons la complexitat de la molècula, els glúcits es classifiquen en monosacàrits, oligosacàrits (entre els que inclouen els disacáridos, que per la seua importància biològica moltes voltes es classifiquen aparte) i polisacàrits. A este grup s'agreguen atres biomoléculas que presenten en la seua estructura, ademés de la porció glucídica, una atra porció químicament diferent: derivats de monosacàrits, heteropolisacáridos, peptidoglicanos, glucoproteínas i glicolípits.

Monosacàrits

Artícul principal → Monosacàrit.

Archiu:ALDOSAS.png

Aldosas de la série D. Els enantiómeros presenten l'últim carbono asimètric en el grup -OH a la dreta.

Els monosacàrits o orsoes són els monòmers dels glúcits, açò és, les unitats elementals més simples, que no es poden hidrolizar a glúcits més senzills. Els monosacàrits es presenten en les següents propietats: són sòlits neutres, incoloros, cristalins, solubles en aigua, poc solubles en alcohol i insolubles en general en acetona, éter, i demés solvents apolares; generalment en sabor dolç. Alguns eixemples coneguts de monosacàrits són la glucosa (principal combustible energètic celular), la galactosa, la fructosa o la ribosa, entre uns atres.

La fòrmula química general d'un monosacàrit és (CH₂O)_n, a on n és qualsevol número igual o major a tres, el seu llímit és de sèt carbono. No obstant, dita fòrmula empírica no sempre es complix, s'exceptuen els derivats dels monosacàrits, els quals poden obtindre's a partir de processos de reducció (tal és el cas dels desoxiazúcarés com la desoxirribosa, en fòrmula molecular C₅H₁₀O₄), d'oxidació (formant els sucres àcits, cas del àcit glucurónico, la fòrmula química del qual és C₆H₁₀O₇), i per substitució, com el cas dels aminoazúcares, a on apareix ademés el nitrogen com bioelemento constituent.

Els monosacàrits es classifiquen d'acort a tres característiques diferents: la posició del grup carbonilo, el número d'àtoms de carbono que conté i el seu quiralidad.

El grup carbonilo pot trobar-se en un extrem de la cadena, en este cas, és un aldehit, o en l'interior de la cadena carbonada sent aixina una cetona. Si la molècula presenta un grup aldehit, el monosacàrit és una aldosa, per la seua banda, si presenta un grup cetona, el monosacàrit és una cetosa. Els monosacàrits són, des d'un punt de vista químic, polialcoholés, per la presència dels grups hidroxilo, i en funció del grup carbonilo que presenten es distinguixen entre polihidroxialdehídos i polihidroxicetonas.

En funció del número de carbono, es troben les triosas si posseïxen tres àtoms de carbono, les tetrosas si tenen quatre, pentosas en el cas de que tinguen cinc, els de sis àtoms de carbono reben el nom d'hexosas, i finalment els que tenen sèt àtoms de carbono són les heptosas.

Per a la nomenclatura dels monosacàrits és freqüent utilisar estos dos últims criteris de forma combinada, anteponent al nom que indica el número de carbono del monòmer, el prefix aldo- o ceto- en funció del grup carbonilo que present. Aixina, la glucosa és una aldohexosa (un polihidroxialdehído en sis àtoms de carbono), mentres que la ribulosa és una cetopentosa (una polihidroxicetona en cinc àtoms de carbono).

Archiu:CETOSAS.png

Cetosas de la série D.

Ademés, per la presència de carbono asimètrics (és dir, aquells carbono que conten en tots els seus radicals diferents), presenten isomeria. Tots els carbono, llevat els de els extrems de la cadena, aixina com el carbono carbonílico, són asimètrics. La presència de carbono asimètrics possibilita l'existència d'estereoisomería. L'únic monosacàrit que no posseïx cap centre quiral és la cetotriosa dihidroxiacetona.

Per esta asimetria, cada monosacàrit posseïx un cert número d'isòmers. Per eixemple, l'aldohexosa D-glucosa, tenen la fòrmula (CH₂O)₆, de la qual, exceptuant dos dels seus sis àtoms de carbono, tots són centres quirales, fent que la D-glucosa siga un dels estereoisómeros possibles. En el cas del gliceraldehído, una aldotriosa, existix un parell de possibles esteroisómeros, els quals són enantiómeros i epímeros (1,3-dihidroxiacetona, la cetosa corresponent, és una molècula simètrica que no posseïx centres quirales).

La designació D o L és realisada d'acort a l'orientació del carbono asimètric més alluntat del grup carbonilo: si el grup hidroxilo està a la dreta de la molècula és un sucre D, si està a l'esquerra és un sucre L. Com els D sucres són els més comuns, usualment la lletra D és omesa.

La notació D o L solament indica la “família” o série a la qual pertany el compost, no necessàriament el signe de la rotació que imprimix a la llum polarisada. Per eixemple, la cetohexosa D-fructosa és fortament levógira, a pesar de pertànyer a la série D (de fet, la fructosa rep precisament també el nom de levulosa, en ser una molècula molt levógira). D'igual manera, la glucosa és dextrógira, i per això també rep el nom, antigament àmpliament usat, de dextrosa.

La diferenciació dels glúcits en estes séries o “famílies” té importància biològica. Els organismes superiors pràcticament solament utilisen i sintetisen glúcits de la série D. Són molt escassos els composts de la série L presents en estructures celulars o en humor orgànics del ser humà.

Els monosacàrits que presenten un grup aldehit són substàncies reductores, particularment en mig alcalino. Per la seua banda, les cetosas, al contrari que les cetones simples, també tenen capacitat reductora en mig alcalino, per la seua senzilla isomerización a través de formes enólicas intermiges a aldosas. Algunes reaccions de reconeiximent de monosacàrits utilisades en el laboratori, aprofiten eixa capacitat reductora.

Archiu:Glucose Fisher to Haworth.gif

Ciclación de la glucosa.

Archiu:Alfa y Beta Glucosa.gif

Ciclación de la glucosa.

Monosacàrits derivats

Es distinguixen els següents tipos de monosacàrits derivats:

• Desoxiazúcares: Estos monosacàrits han substituït el grup hidroxilo d'algun dels seus carbono per un hidrogen. Destaca dins dels desoxiazúcares la 2-Desoxirribosa, la qual forma part de l'estructura del ADN.

• Aminoazúcares: Els aminoazúcares han substituït un grup hidroxilo per un grup amino, generalment ocorre en el carbono 2. El grup amino es presenta freqüentment acetilado, com en el cas de la N-Acetilglucosamina.
• Alditoles: Els alditoles són polioles de cadena oberta. En estes molècules, el grup aldehit o cetona es reduïx a un grup alcohol. Per la seua importància biològica, destaca el ribitol i el glicerol.

Ciclación

Els monosacàrits en cinc o més àtoms de carbono, aixina com les aldotetrosas (orsoes de quatre àtoms de carbono en un grup funcional aldehit) solen presentar-se en forma cíclica, formant anells, quan es troben en dissolució acuosa. Per a això, el carbono carbonílico ha format un enllaç covalente en l'oxigen del grup hidroxilo enllaçat a un àtom de carbono situat en la mateixa cadena. Aixina, té lloc un enllaç hemiacetálico (si reacciona un grup hidroxilo en un aldehit) o un enllaç hemicetálico (en cas que la reacció es done entre un grup hidroxilo i una cetona). De la formació d'enllaços hemiacetálicos i hemicetálicos sorgix un carbono asimètric adicional (aquell que els seus quatre radicals són tots diferents), que rep el nom de carbono anomérico, que queda unit en un pont d'oxigen al carbono del que procedia el grup hidroxilo que va reaccionar. La presència del carbono asimètric permet l'aparició de dos nous estereoisómeros: quan el grup hidroxilo del centre anomérico se situa (segons la proyecció de Fischer) en el mateix costat que el hidroxilo unit al centre quiral més lluntà es designa α, mentres que si se situen en costats oposts es coneix com β. Dit parell de estereoisómeros resultants són cridats anómeros.

Les estructures cíclicas que es formen poden ser piranosas, cridades aixina per la seua analogia en l'anell de sis vèrtiços cridat pirano; o furanosas, per analogia en la molècula de cinc vèrtiços anomenada furano. La majoria d'estes últimes solen provindre de aldopentosas i cetohexosas. No obstant, l'anell de sis àtoms de aldopiranosa presenta molta més estabilitat que la aldofuranosa.

Us en cèlules

Els monosacàrits són la principal font de combustible per al metabolisme, sent usat tant com una font d'energia (la glucosa és la més important en la naturalea) i en biosíntesis. Quan els monosacàrits no són necessitats per a les cèlules són ràpidament convertits en una atra forma, tals com els polisacàrits. Ademés la ribosa i la desoxirribosa són components estructurals dels àcits nucleicos. Abunden en teixits vegetals, en els quals formen els elements fibrosos o leñosos de la seua estructura i els composts de reserva nutricia de tubèrculs, llavor i fruts. També es troben àmpliament distribuïts en teixits animals, dissolts en els humor orgànics, i en complexes molècules en diverses funcions. Els vegetals sintetisen hidrats de carbono a partir de CO₂ i H₂O, captant energia lumínica en un procés denominat fotosíntesis. Estos glúcits són ingerits per animals, i en gran part utilisats com a combustible. En l'alimentació humana, els carbohidrats són els principals proveïdors d'energia. En una dieta equilibrada, els hidrats de carbono deuen proveir entre 50 i 60% del total de calories.

El principal cicle energètic de la biosfera depén en gran part del metabolisme dels hidrats de carbono. Examinem breument este cicle. En la fotosíntesis, les plantes capten CO₂ de l'atmòsfera i ho “fixen” en hidrats de carbono. La reacció bàsica pot descriure's (d'una manera enormement simplificada) com la reducció de el CO₂ a hidrats de carbono, en este cas representats per la glucosa, produïda per la llum. Gran part d'estos hidrats de carbono s'almagasenen en les plantes en forma d'almidó o celulosa. Els animals obtenen els hidrats de carbono ingerint les plantes o els animals herbívors. Aixina que, els hidrats de carbono sintetisats per les plantes passen a ser en última instància les principals fonts de carbono de tots els teixits animals. En l'atra mitat del cicle, tant les plantes com els animals realisen, a través del metabolisme oxidativo, una reacció que és l'inversa de la fotosíntesis, per mig de la qual produïxen de nou CO₂ i H₂O. Esta oxidació dels hidrats de carbono és el principal procés de generació d'energia del metabolisme.

Disacárido

Archiu:Hydrolysis of lactose.svg

Hidrólisis de la Lactosa. 1. Galactosa. 2. Glucosa.

Artícul principal → Disacárido.

Els disacárido són glúcits formats per dos molècules de monosacàrits i, per tant, al hidrolizarse produïxen dos monosacàrits lliures. Els dos monosacàrits s'unixen per mig d'un enllaç covalente conegut com a enllaç glucosídico, despuix d'una reacció de condensació que implica la pèrdua d'un àtom d'hidrogen d'un monosacàrit i un grup hidroxilo de l'atre monosacàrit, en la conseqüent formació d'una molècula d'H₂O, de manera que la fòrmula dels disacárido no modificats és C₁₂H₂₂O₁₁.

Són sòlits cristalins, solubles en aigua, poc en alcohol, insolubles en éter, en sabor dolç, ópticamente actius.

Archiu:Sacarosa.gif

Molècula de sacarosa (sucre comú).

Alguns disacárido comuns són:

• Sacarosa. És l'disacárido més abundant i la principal forma en la qual els glúcits són transportats en les plantes. Està compost d'una molècula de glucosa i una molècula de fructosa. El nom sistemàtic de la sacarosa, O-α-D-glucopiranosil-(1→2)- β-D-fructofuranósido, indica quatre coses:
  • Els monosacàrits que la constituïxen són la glucosa i fructosa.
  • Disposició de les molècules en l'espai: La glucosa adopta la forma piranosa i la fructosa una furanosa.
  • Unió dels monosacàrits: el carbono anomérico un (C1) de α-glucosa està enllaçat en alfa a el C2 de la fructosa formant 2-O-(alfa-D-glucopiranosil)-beta-D-fructofuranosido i lliberant una molècula d'aigua.
  • El sufix -ósido indica que el carbono anomérico d'abdós monosacàrits participen en l'enllaç glicosídico, per lo tant no presenta poder reductor. L'enllaç és dicarbonílico, puix per a la seua formació intervenen els carbono anoméricos de les dos orsoes.

Archiu:Disacaridos-de-interes-biologico.jpg

Disacárido d'interés biològic.

• Lactosa. És el sucre de la llet. És un disacárido compost per una molècula de galactosa i una molècula de glucosa; està present de modo natural solament en la llet. El nom sistemàtic per a la lactosa és O-β-D-galactopiranosil-(1→4)-D-glucopiranosa. Com el carbono 1 de la glucosa queda lliure, el compost és reductor i presenta formes alfa i beta. Les persones que són intolerants a la lactosa són incapaces de digerir este sucre (o ho digerixen en moltes dificultats), per la deficiència de la lactasa, l'enzima encarregada de hidrolizar l'enllaç O-glucosídico que unix les dos orsoes.

• Maltosa. També conegut com a sucre de malta, és un disacárido format per dos molècules de glucosa unides per un enllaç α(1→4); s'obté de la hidrólisis del almidó. La maltosa, en posseir un grup carbonilo lliure, és un sucre reductor, que pugues potencialment oxidarse. Este hidroxilo anomérico lliure pot ser tant α com β, i és el que li conferix la característica de mutarrotación a la maltosa.
• Isomaltosa. Disacárido el nom sistemàtic del qual és α-D-glucopiranosil-(1→6)-α-D-glucopiranosa. La isomaltosa s'obté de la hidrólisis del glucógeno i del almidó, homopolisacáridos de reserva, en les ramificacions de la qual s'unixen dos D-glucopiranosas per enllaç α(1→6). També és un sucre reductor.
• Celobiosa. És un disacárido format per dos molècules de glucosa unides per un enllaç β(1→4); s'obté de la hidrólisis de la celulosa. El seu nom sistemàtic és β-D-glucopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. La celobiosa presenta poder reductor.

Oligosacàrits

Artícul principal → Oligosacàrit.

Archiu:Stachyose.svg

Estaquiosa, tetrasacárido format per una glucosa, dos galactosas i una fructosa.

Els oligosacàrits estan composts per tres a dèu molècules de monosacàrits que al hidrolizarse es lliberen. No obstant, la definició de cuan llarc deu ser un glúcit per a ser considerat oligo o polisacàrit varia segons els autors. Segons el número de monosacàrits de la cadena es tenen els disacaridos (com la lactosa), tetrasacárido (estaquiosa), pentasacáridos, etc.

Els oligosacàrits es troben en freqüència units a proteïnes, formant les glucoproteínas, com una forma comuna de modificació despuix de la síntesis proteica. Estes modificacions postraduccionales inclouen els oligosacàrits de Lewis, responsables per les incompatibilitats dels grups sanguíneus, l'epítope alfa-Gal responsable del rebuig hiperagudo en xenotrasplante i O-GlcNAc modificacions.

Solen trobar-se en la llet humana, en la fruta, els vegetals i la mel, tant en la seua configuració lliure com en forma de glucolípidos i glucoproteínas.

Polisacàrits

Artícul principal → Polisacàrit.

Els polisacàrits són cadenes, ramificadas o no, de més de dèu monosacàrits, resulten de la condensació de moltes molècules de monosacàrits en la pèrdua de vàries molècules d'aigua. La seua fòrmula empírica és: (C₆ H₁₀ O₅)_n. Els polisacàrits representen una classe important de polímeros biològics i la seua funció en els organismes vius està relacionada usualment en estructura o almagasenament.

Els polisacàrits, a diferència dels lípits i de les proteïnes poden donar lloc tant a polímero llineals com ramificados. Açò es deu a que els enllaços glucosídicos que unixen les distintes orsoes poden donar-se en qualsevol grup hidroxilo del monosacàrit. No obstant, la majoria dels polisacàrits són llineals i els que presenten ramificacions ho fan en formes ben definides.

Homopolisacáridos

Els homopolisacáridos són un tipo de polisacàrits que estan formats per un únic tipo de monòmers, orsoes o derivats d'estes, els quals s'unixen per mig d'enllaços O-glucosídicos. Dins dels homopolisacáridos es poden distinguir aquells que tenen funció de reserva i els que actuen en funció estructural. En freqüència, els homopolisacáridos reben un nom derivat del tipo d'orsoa que els formen: d'esta manera, l'almidó, el glucógeno o la celulosa poden agrupar-se de forma general com glucanos (polisacàrits formats per l'unió d'unitats de D-Glucosa). Per la seua banda, els galactanos són polímero formats exclusivament per galactosa.

Homopolisacáridos en funció de reserva

Els homopolisacáridos més destacats en funció de reserva glucídica per a l'obtenció d'energia en les reaccions metabòliques són el glucógeno i l'almidó:

Archiu:Amilosa.gif

Amilosa. Es pot apreciar que es tracta de cadenes llineals helicoidals.

El almidó és la manera en que la majoria de les plantas almagasenen monosacàrits, és dir, la seua funció és de reserva nutricional en vegetals. L'almidó es deposita en les cèlules, en un orgànul conegut com amiloplasto, formant grànuls la forma dels quals i tamany varien segons el vegetal d'orige. L'almidó és el principal hidrat de carbono de l'alimentació humana. Es troba en abundància en pa, dacsa, cerealés, creïlles, arròs, frutas, productes làcteus com llet i yogurtés, i certs llegums. Encara que l'almidó pot ser sintetisat per la major part de les cèlules vegetals, destaca per la seua abundància l'almagasenament d'almidó en tubèrculs (com la creïlla) i en llavors. 

Està compost per dos glucanos diferents, amilosa (llineal) i amilopectina (ramificada), els quals són polímero de glucosa, pero diferixen en estructura i propietats. Generalment l'almidó conté al voltant de 20 % de amilosa i el restant és amilopectina. Esta proporció varia segons l'orige de l'almidó. Les dos, tant la amilosa com la amilopectina són digeribles per mig de les enzimes amilasa i glucosidasa, que es troben tant en la saliva com en el suc pancreàtic. 

Amilosa: Composta per 1.000 a 5.000 unitats de D-glucosa, la qual cosa dona una massa molecular entre 160 i 800 kDa. Les glucosa s'associen entre sí per enllaços glucosídicos α(1→4), formant llargues cadenes. Este tipo d'unió permet una disposició helicoidal de la cadena, enrollada al voltant d'un eix central. Cada regrés d'hèliç comprén sis unitats de glucosa. Els grups hidroxilo dels restants monosacàrits es disponen cap a l'exterior, la qual cosa deixa l'interior de l'hèliç convertit en un ambient relativament hidrófobo. En aigua, les molècules de amilosa tendixen a associar-se i precipitar, raó per la qual no formen solucions estables. La reacció en iodo és utilisada per al reconeiximent d'almidó (esta reacció química es coneix com prova del yodo). El complex amilosa-iodo és responsable del color blau intens, mentres que aquell constituït per iodo i amilopectina dona una coloració que varia entre el roig i el violeta. El diàmetro intern de l'hèliç de amilosa és suficientment ampli per a estajar molècules de iodo. Esta coloració desapareix en calfar, ya que es trenca l'estructura que s'ha produït.

Archiu:Amilopectina.jpg

Amilopectina.

Amilopectina: Té major tamany molecular que amilosa; pot aplegar a masses de fins a 100 millons de Dona, la qual cosa implica polimerisació de més de 600.000 glucosa. L'estructura bàsica és similar a la de amilosa, és dir, està constituïda per glucosa unides per enllaços glucosídicos α (1→4), pero es distinguix per posseir ramificacions. Les ramificacions són cadenes llineals d'unes 24 a 26 glucosa unides entre sí per enllaços glucosídicos alfa-1->4, que s'unixen a una cadena central d'estructura similar, per unió glucosídica  des del carbono 1 de la primera glucosa al carbono 6 d'una glucosa en la cadena principal (enllace alfa-1->6). Les ramificacions estan separades entre sí per unes dèu unitats de glucosa de la cadena sobre la qual s'inserten. De les ramificacions primàries es desprenen, per enllaços alfa- 1->6, atres secundàries i d'estes, branques terciarias que tenen una extensió de 15 a 16 unitats. L'esquema de la figura 1-21 indica l'estructura possible de amilopectina. Quan es calfa almidó en aigua, la amilopectina forma solucions de gran viscosidad. Els numerosos grups hidroxilos en la superfície de la molècula atrauen aigua i es forma un gel estable (engrudo d'almidó). Les diferències estructurals entre les molècules de amilosa i amilopectina determinen que el complex en iodo tinga coloració; la amilopectina dona color violeta. L'almidó no té capacitat reductora, les unions glucosídicas en les molècules de amilosa o de amilopectina bloquen les funciones aldehit potencial (llevat una en un extrem de la cadena principal). L'almidó dels aliments és degradat per enzimes de sucs digestius fins a deixar lliures les seues unitats constituents. Solament monosacàrits poden ser absorbits per la mucosa intestinal i utilisats per l'organisme.

Archiu:Glycogen.png

Estructura del glucógeno.

Els animalés usen el glucógeno que és amprat com a almagasén d'energia de mijana duració, és estructuralment similar a la amilopectina pero més densament ramificat (de mija, cada 8 a 12 monosacàrits tenen lloc les ramificacions). Les propietats del glucógeno li permeten ser metabolizado més ràpidament, la qual cosa s'ajusta a la vida activa dels animals en locomoció.

El fege i músculs són els teixits més rics en glucógeno. És un polímero de α-D-glucosa molt semblant a la amilopectina, és dir, presenta una estructura ramificada, en cadenes llineals de glucosa unides per enllaços α(1→4), insertes en atres per unions α(1→6). La seua massa molecular alcança centenars de millons de Dona. Les ramificacions estan separades per menys de dèu unitats de glucosa de la cadena de la qual s'inserten. La fig. 1-22 mostra un esquema d'un segment de la molècula. Com la seua estructura és molt compacta per la proximitat de les ramificacions, no forma geles puix no queda espai per a retindre aigua; en canvi, la amilopectina, en estructura ramificada més oberta, fixa major cantitat d'aigua. Les solucions acuosas de glucógeno tenen aspecte opalescente. Dona color roig-caoba en iodo; no és reductor.

Archiu:Celulosa.gif

Celulosa.

Homopolisacáridos en funció estructural

La celulosa i la quitina són eixemples de polisacàrits estructurals. La celulosa forma la paret celular de plantes i atres organismes, és la molècula orgànica natural més abundant de la Terra. La quitina té una estructura similar a la celulosa, pero té nitrogen en les seues branques incrementant aixina la seua força; es troba en l'exoesquelet dels artròpodes i en les parets celulars de molts foncs, es caracterisa per ser un polisacàrit modificat, resistent i dur.

La celulosa està constituïda per més de 10 000 unitats de glucosa unides per mig d'enllaços glucosídicos β(1→4). La seua estructura és llineal, no posseïx ramificacions. La diferència en la geometria dels enllaços α(1→4) i β(1→4) és responsable de la distinta conformació de les molècules de amilosa i celulosa, pese a ser abdós polímero llineals de glucosa. En les unions β(1→4) de celulosa, cada unitat de glucosa gira 180° sobre l'anterior. Açò permet formar llargues cadenes rectilíneas, estabilisades per unions tipo pont d'hidrogen. En canvi, els enllaços α(1→4) de amilosa favorixen la conformació helicoidal. Els bri de celulosa s'agrupen paralelament en fas que formen microfibrillas de gran resistència física. A esta resistència contribuïxen els numerosos ponts d'hidrogen existents entre cadenes veïnes. Els sucs digestius humans no posseïxen enzimes capaces de catalizar la hidrólisis d'unions glucosídicas beta i per esta raó no es pot utilisar celulosa com a nutrient. La celulosa que ingressa en els aliments vegetals no és modificada en el seu trànsit pel tracto intestinal. En les parets celulars de vegetals, les microfibrillas de celulosa estan immerses en una matriu que conté atres polisacàrits i proteïnes de tipo fibroso. La composició d'esta matriu varia en diferents vegetals i encara en diferents porcions d'una mateixa planta; generalment es troben polisacàrits més complexos i variables, com hemicelulosas i pectinas.

Archiu:S.A..svg

Estructura de la quitina.

La quitina (del grec χιτών, «corfoll, coberta») és el segon compost orgànic més abundant en la Terra despuix de la celulosa. Va ser descoberta en 1811 pel químic francés Henri Braconnot. La quitina és un homopolisacárido constituït per molècules de N-Acetilglucosamina unides entre sí per enllaços O-glucosídico β(1→4). La quitina es dispon en làmines de forma similar a la celulosa, i de la mateixa manera que esta, no és digerible pels vertebrats. La quitina es troba formant els exoesquelets dels artròpodes, amén de la paret celular dels foncs, entre atres estructures.

A nivell industrial, la quitina s'obté principalment a través dels crustacis en ser la font més accessible, a pesar de la seua existència en múltiples estructures d'atres sers vius. L'indústria marisquera, particularment la relacionada en els crustacis, genera una gran cantitat de residus nocius per al mig ambient donat la seua llenta descomposició, lo que, sumat a uns percentages relativament alts de quitina, els fa idòneus per a l'obtenció i l'aprofitament d'este biopolímer en activitats industrials per a la seua utilisació i transformació en distints productes. El quitosano, un biopolímer constituït per residus de N-acetilglucosamina i glucosamina, es troba de forma natural en les parets celulars d'algunes plantes i foncs (vore com a eixemple l'espècie Mucor rouxii). De forma industrial es pot obtindre a partir d'una reacció de desacetilación química parcial de la quitina.

Abdós biopolímers són coneguts des de molt antic (s'ha trobat quitina en l'exoesquelet de trilobites, de l'era paleozoica) Hui en dia, abdós tenen una gran cantitat d'aplicacions en diversos camps gràcies a la seua abundància, i s'utilisen en productes per al conte del pèl i la pell, puix tenen propietats hidratantes que eviten la dessecació de la pell.

Atres homopolisacáridos i heteropolisacáridos

Atres polisacàrits inclouen la calosa (un beta-glucano d'orige vegetal, compost per molècules de glucosa unides per unions β-1,3), la laminarina (un glucano de reserva característic de les algues pardas format per enllaços β-1,3 i β-1,6 en la proporció 3:1), la maltodextrina (un polisacàrit resultant de la hidrólisis parcial de l'almidó, usat com a aditiu en l'indústria dels aliments), els xilanos (grup de hemicelulosas que es troben en les parets celulars de les plantes i en algunes algues), i els galactomananos (polisacàrits constituïts per un esquelet de manosa i ramificacions laterals de galactosa).

Funció dels glúcits

Els glúcits eixerciten diverses funcions, entre les que destaquen l'energètica i l'estructural.

Glúcits energètics

Els monosacàrits i els disacárido, com la glucosa, actuen com a combustibles biològics, aportant energia immediata a les cèlules; és la responsable de mantindre l'activitat dels músculs, la temperatura corporal, la pressió arterial, el correcte funcionament del intestí i l'activitat de les neuronas. Els glúcits a banda de tindre la funció d'aportar energia immediata a les cèlules, també proporcionen energia de reserva a les cèlules.

Glúcits estructurals

Alguns polisacàrits formen estructures biològiques molt resistents:

• Mureína o Peptidoglicano: Component de les parets celulars de bactèries.

• Lipopolisacáridos: Component de la membrana externa de bactèries gramnegativas.

• Celulosa: Component de la paret celular vegetal.

• Quitina: Compon l'exoesquelet d'artròpodes com els insectes i crustacis i la paret celular de foncs.

• Mucopolisacáridos: Formen part de la matriu de teixits conectivos.

Ademés, podem trobar glúcits formant part de l'estructura d'atres biomoléculas com a proteïnes, lípits, i àcits nucleicos.

El principal polisacàrit estructural de les plantes és la celulosa, estes formen la part fibrosa de la paret celular de les cèlules vegetals.

Metabolisme dels glúcits

Els glúcits representen les principals molècules d'almagasenament d'energia, degut a que funcionen com a reserva en els vegetalés. Els vegetals almagasenen grans cantitats d'almidó produït a partir de la glucosa elaborada per fotosíntesis, i en molta menor proporció, lípits (almagasenage d'energia de llarga duració).

Els animals almagasenen bàsicament triglicèrits (lípits). Al contrari que els glúcits, els lípits servixen per a almagasenar i obtindre energia a més llarc determini. També almagasenen certa cantitat de glucógeno, sobretot en el múscul i en el fege. Encara que molts teixits i òrguens animals poden usar indistintament els glúcits i els lípits com a font d'energia, uns atres, principalment els eritrocits i el teixit nerviós (cervell), no poden catabolizar els lípits i deuen ser contínuament abastits en glucosa.

En el tubo digestiu els polisacàrits de la dieta (bàsicament almidó) són hidrolizados per les glucosidasas dels sucs digestius, rendint monosacàrits, que són els productes digestius finals; estos són absorbits per les cèlules del epiteli intestinal i ingressen en el fege a través de la circulació portal, a on, al voltant del 60 %, són metabolizados. En el fege, la glucosa també es pot transformar en lípits que es transporten posteriorment al teixit adiposo.

El múscul és un teixit en el que la fermentació representa una ruta metabòlica molt important ya que les cèlules musculars poden viure durant llarcs periodos de temps en ambients en baixa concentració d'oxigen. Quan estes cèlules estan treballant activament, el seu requeriment d'energia excedix la seua capacitat de continuar en el metabolisme oxidativo dels hidrats de carbono posat que la velocitat d'esta oxidació està llimitada per la velocitat a la que l'oxigen pot ser renovat en la sanc. El múscul, al contrari que atres teixits, produïx grans cantitats de lactato que s'aboca en la sanc i retorna al fege per a ser transformat en glucosa, procés metabòlic conegut com cicle de Cori.

Les principals rutes metabòliques dels glúcits són:

• Glucólisis. Oxidació de la glucosa a piruvato.
• Fermentació. La glucosa es oxida a lactato (fermentació làctica), o etanol i CO₂ (fermentació alcohòlica).
• Gluconeogénesis. Síntesis de glucosa a partir de precursors no glucídicos.
• Glucogenogénesis. Síntesis de glucógeno.
• Cicle de les pentosa. Síntesis de pentosas per als nucleòtits.

• Glucogenólisis. Degradació de glucógeno a glucosa.

En el metabolisme oxidativo trobem rutes comunes en els lípits com són el cicle de Krebs i la cadena respiratòria. Els oligo i polisacàrits són degradats inicialment a monosacàrits per enzimes anomenades glicósido hidrolasas. Llavors els monosacàrits poden entrar en les rutes catabólicas de la glucosa.

La principal hormona que controla el metabolisme dels glúcits és l'insulina.

Nutrició

Artícul principal → Nutrició.

Vore també: Sucre afegit

Archiu:Wheat products.jpg

Els productes derivats del cereal són fonts riques de carbohidrats.

La concentració de glúcits en una persona varia des dels 8,3 a 14,5 g per cada quilogram de pes corporal. Es propon que el 55-60 % de l'energia diària que necessita l'organisme humà deu provindre dels glúcits, ya siga obtinguts d'aliments rics en almidó, com les pastes, o de les reserves del cos (glucógeno). No és recomanable el consum abusiu de glúcits tipo sucre per la seua activitat altament oxidant: les dietes en moltes calorias o en molta glucosa acceleren l'envelliment celular. Es sobreentiende que poden ser necessàries dietes hipercalóricas en climes gèlits o en moments de gran desgast energètic muscular. Note's que el sedentarisme o la falta dels suficients moviments quotidians del cos humà provoquen una mala metabolización de les grasses i dels glúcits.

Els glúcits, pel seu fort caràcter hidrofílico, es rodegen de partícules d'aigua, ocupant més espai en les cèlules, i són atacats més fàcilment per les pijors enzimes hidrolítiques que les proteïnas o les grassas i, per això, són una font d'obtenció ràpida d'energia. Les proteïnes i grasses són components vitals per a la construcció de teixit corporal i cèlules, i per lo tant deuria recomanar-se no malgastar tals recursos usant-los per a la producció d'energia.

Els glúcits no són nutrients essencials, ya que el cos pot obtindre tota la seua energia a partir de la síntesis de proteïnes i greixos a través de la gluconeogénesis. El cervell no pot cremar greixos i necessita glucosa per a obtindre energia de l'organisme, i aixina pot sintetisar esta glucosa a partir de proteïnes. La metabolización de les proteïnes aporta 4 kcal per gram, mentres que els greixos contenen 9 kcal i l'alcohol 7 kcal per gram.

Aliments en alts continguts en glúcits són pastas, creïllas, fibra, cerealés, llegums, verdures i frutes. Els glúcits ajuden a la desmaterialización de sucres en la sanc, i gràcies a ells conseguim que no baix el percentage mig d'insulina en la sanc. Basat en l'evidència del risc de cardiopatia i obesitat, l'Institut de Medicina (Estats Units) recomana que els adults nortamericanes i canadenques obtinguen el 40 al 65 % d'energia de la dieta a partir dels glúcits. La FAO (Food and Agriculture Organization) i la WHO (World Health Organization) recomanen que les guies d'alimentació nacional establixquen la meta de 55 a 75 % del total de l'energia a partir de glúcits, pero solament 10 % d'aliments a partir de sucre lliure (glúcits simples).

La distinció entre "glúcits bons" i "glúcits mals" és una distinció carent de base científica. Encara que estos conceptes s'han utilisat en el disseny de les dietes cetogénicas, com les dietes baixes en glúcits, les quals promouen una reducció en el consum de grans i almidó en favor de proteïnes. El resultat és una reducció en els nivells de l'insulina usada per a metabolizar el sucre i un increment en l'us de greixos per a energia a través de la cetosis, un procés també conegut com fam de conill.^{cita requerida}

Malalties durant la digestió

Si durant la digestió, la degradació de carbohidrats és deficient a causa d'alguna malaltia intestinal hereditària, un trastorn intestinal, desnutrición o fàrmacs que lesionen la mucosa del intestí prim, el carbohidrat no digerit aplega al intestí gros, a on produïx diarrea osmótica. La fermentació bactèriana dels composts produïx grans volums de CO₂ i H₂, lo que ocasiona còlics abdominals.^{cita requerida}

Classificació

Els nutricionistes i dietistas classificaven anteriorment els carbohidrats com a simples (monosacàrits i disacáridos) o complexos (oligosacàrits i polisacàrits). El terme carbohidrat complex va ser usat per primera volta en la publicació Dietary Goals for the United States (1977) del Comité seleccionat del Senat, a on els varen denominar "frutes, vegetals i grans sancers". Les pautes dietètiques generalment recomanen que els carbohidrats complexos i les fonts de carbohidrats simples riques en nutrients, com frutas i productes làcteus deurien cobrir el gros del consum de carbohidrats. Les guies dietètiques per als americans USDA 2005 varen prescindir de la distinció entre simple/complex, en el seu lloc recomanen aliments integrals i rics en fibra.

l'índex glucémico i el sistema de la càrrega de glucemia són populars métodos de classificació alternatius els quals classifiquen els aliments rics en carbohidrats basats en el seu efecte sobre els nivells de glucosa sanguínea. l'índex d'insulina és un método de classificació similar, més recent el qual classifica els aliments basat en el seu efecte sobre els nivells d'insulina. Este sistema assumix que els aliments en índex glucémico alt poden ser declarats per a ser l'ingesta d'aliments més acceptable.

L'informe conjunt d'experts de la OMS i la FAO, en Dieta, Nutrició i Prevenció de Malalties Cròniques (série d'informes tècnics de la WHO 916), recomana que el consum de carbohidrats suponga el 55-75 % de l'energia diària, pero restringix el consum de "sucre lliure" a un 10 %.

Aplicacions industrials

Els carbohidrats s'utilisen per a fabricar teixits, plàstics i atres productes. La celulosa es pot convertir en rayón de viscosa i productes de paper. El nitrat de celulosa (nitrocelulosa) s'utilisa en la fabricació de lacas, ciment, pólvora de cotó, celuloide i tipos similars de plàstics. l'almidó i la pectina, un agent cuajante, s'usen en la preparació d'aliments per al home i el ganado. La goma aràbiga s'usa en medicaments demulcentes, i és un aditiu en l'indústria alimentària baix el número E-414. S'usa especialment en l'elaboració de gominolas, chicles, aixina com en rebosteria fina, begudes efervescentes i inclús en el sector vinícola. l'agar, un component d'alguns laxantes, s'utilisa com a agent espesante en els aliments i com a mig per al cultiu bacterià; també en la preparació de materials adhesius, de encolado i emulsions. La hemicelulosa s'ampra per a modificar el paper durant la seua fabricació. Els dextranos són polisacàrits utilisats en medicina com expansores de volum del plasma sanguíneu per a contrarrestar les commoció agudes. Un atre hidrat de carbono, el sulfat d'heparina, és un anticoagulant de la sanc.

Química dels glúcits

Els carbohidrats són reactius en vàries reaccions orgàniques, com per eixemple:

1. Acetilación.
2. La reacció en Cianohidrina.
3. La transformació de Lobry-de Bruyn-van Ekenstein.
4. La transposició de Amadori.
5. La reacció de Nef.
6. La degradació de Wohl.
7. La reacció de Koenigs-Knorr.
8. La reacció de Maillard o pardeamiento no enzimàtic.

Vore també

• Índex glucémico
• Glucagón
• Hiperglucemia
• Hipoglucemia
• Catabolisme dels carbohidrats

Bibliografia

• (1981) Biomoléculas. Lliçons de Bioquímica Estructural, Barcelona: Reverté S.A.. ISBN 84-291-7338-2.
• Gavinet, Claudi M. (ed.). Lenhinger. Principis de Bioquímica, Quinta edició, Edicions Omega, pp. 238,239. ISBN 9788428216678.

Enllaços externs

• Informació sobre la estructura química dels carbohidrats.

• Informació sobre els carbohidrats en el lloc web de Consell Europeu d'Informació sobre l'Alimentació.
• Taula de fòrmules de carbohidrats.