Saccharide o azúcar es un muy importante compuesto orgánico en células. Contiene carbono (C), hidrógeno (H), y oxígeno (O) en un general ratio de 1:2:1. Por lo tanto, también ser escrito como Cn(H₂O)n, y referido a como un carbohidrato a veces. La desoxirribosa es una de las excepciones donde un átomo de oxígeno está faltando y su fórmula química es C₅H₁₀O₄ en cambio. Carbohidratos no solo proveen más energía para seres vivos, sino también sirven como bloques de construcción de biomacromoléculas como proteínas así como ácidos nucleicos entre otros. Ellos son categorizados en monosacáridos, oligosacáridos, y polisacáridos. Monosacáridos contienen solo una unidad que no puede ser hidrolizada. Glucosa, fructosa y galactosa son comunes monosacárido. Ellos son todos compuestos de seis átomos de carbono y son isómeros de cada otro.
| Nombre | Fórmula | Descripción |
|---|---|---|
| Glucosa | C₆H₁₂O₆ | Es la principal fuente de energía para la vida, y todas las plantas y animales contienen glucosa. |
| Fructosa | C₆H₁₂O₆ | Se encuentra en frutas dulces y miel. |
| Galactosa | C₆H₁₂O₆ | Presente en la leche de mamíferos, goma de plantas y sistema nervioso. |
Estructura, Función, Propiedades Físicas y Químicas de la Glucosa
La glucosa fue aislada de las pasas o uvas originalmente, y fue nombrada como azúcar de uva. Es el monosacárido más simple que ocurre ampliamente en la naturaleza. Existe principalmente como un polvo cristalino blanco que funde a 146°C bajo condiciones normales. Los enlaces de hidrógeno se forman con agua fácilmente debido a la estructura multi-hidroxilo, por lo que se disuelve rápidamente en soluciones acuosas. A temperatura ambiente, alrededor de 91g de glucosa se disolverán en 100 mililitros de agua. Aunque no es muy dulce, el 70% de la dulzura de la sacarosa aún es muy notable en tu lengua.
Una molécula de glucosa tiene seis átomos de carbono (hexosa), cinco grupos hidroxilo (-OH) y un grupo aldehído (-CHO). Se clasifica como aldosa. El grupo hidroxilo del quinto carbono ataca al grupo aldehído para formar un anillo de seis miembros más estable. Así, en solución acuosa, unas pocas moléculas lineales y muchas moléculas en anillo están en un equilibrio dinámico. Hay dos formas de glucosa cíclica: α y β. Difieren en la orientación del grupo hidroxilo (-OH) unido a los átomos de carbono primero y cuarto. Su naturaleza reductora proviene del grupo aldehído que proporciona electrones a los iones de plata (reactivo de Tollens) y a los iones de cobre (reactivo de Fehling).
Es una de las fuentes de energía para la respiración aeróbica celular en las mitocondrias. Algo de energía se almacena en ATP para actividades vitales durante este proceso, mientras que el resto se pierde como calor en el ambiente. La glucosa también sirve como molécula precursora para el almidón, el glucógeno y la celulosa, que son estructuras celulares o reservas de energía. Además, sus derivados están involucrados en la síntesis de ácidos nucleicos y ciertas proteínas.
Estructura, Función, Propiedades Físicas y Químicas de la Fructosa
Su punto de fusión es de 103°C y es un polvo cristalino blanco a temperatura ambiente. Su estructura polihidroxilo le confiere mayor hidrofobicidad que la glucosa. Esto la hace altamente soluble en agua e higroscópica en el aire. Por lo tanto, se requiere mayor hermeticidad para su almacenamiento. La fructosa se disuelve mucho más fácilmente en agua que la glucosa o la sacarosa. A temperatura ambiente, su solubilidad es de 370g por 100 mililitros de agua.
Aunque la fórmula molecular es la misma que la de la glucosa, el grupo carbonilo implica que es cetosa y muy diferente de la aldosa. En solución acuosa, los anillos estables de cinco o seis miembros tienden a formarse en lugar de cadenas lineales. El grupo hidroxilo en su quinto carbono ataca al grupo carbonilo para formar un anillo de cinco miembros llamado furanosa de fructosa. Si el grupo hidroxilo del sexto carbono ataca al grupo carbonilo, aparece un anillo de seis miembros más estable, llamado piranosa de fructosa. Existe un equilibrio químico dinámico entre unas pocas moléculas lineales y muchas cíclicas en solución. Hay alrededor del 70% de piranosa y el 30% de furanosa en agua. Su cristal está compuesto principalmente de piranosas.
La solución de fructosa experimenta isomerización en un ambiente alcalino. Algo de fructosa lineal con carbonilo se convierte en una glucosa intermedia de enediol que luego se transforma en una cadena lineal con grupo aldehído. El medio débilmente básico que contiene fructosa haría que el reactivo de Tollens muestre una reacción de espejo de plata o el reactivo de Fehling aparezca como un precipitado rojo a pesar de la falta de un grupo aldehído. Sin embargo, solo las soluciones alcalinas exhiben esta propiedad reductora ya que los monosacáridos son bastante estables en ácidos diluidos.
Es más dulce que la sacarosa y todos los demás monosacáridos. Los alimentos naturales dulces como el lichi, la miel y los mangos contienen este compuesto en grandes cantidades. Parte de la fructosa se convierte en fructosa-fosfato en las células hepáticas o en las células musculares para el proceso de respiración aeróbica a través de la vía glucolítica. Parte también se utiliza para sintetizar ácidos grasos en las células hepáticas. Se descompone más rápido y agota el ATP más fácilmente ya que pasa por alto la enzima limitante de la tasa de la glucólisis. El hígado puede sobrecargarse y dañarse, si se consume fructosa en grandes cantidades durante un corto período de tiempo. La ingesta a largo plazo de alimentos y bebidas procesados resultará en enfermedad del hígado graso no alcohólico.
Galactosa, su estructura, funciones y propiedades físico-químicas
La galactosa es un monosacárido común con un punto de fusión de 168–170°C. Es un polvo cristalino blanco a temperatura ambiente. Es soluble en agua pero no tanto como la glucosa o la fructosa. La solubilidad es de solo unos 65 gramos por 100 mililitros. No es muy dulce y la dulzura es de aproximadamente el 65% de la sacarosa.
La galactosa y la glucosa comparten la misma fórmula molecular, pero sus estructuras son diferentes entre sí ligeramente. Los cinco grupos hidroxilo y un grupo aldehído la clasifican como una aldosa. Las moléculas lineales prefieren formar anillos en soluciones acuosas. El agua está dominada por la piranosa de anillo de seis miembros con unos pocos anillos de cinco miembros. En los anillos de seis miembros, los hidroxilos en los carbonos cuarto y sexto están en la misma orientación. Estos grupos hidroxilo están orientados en diferentes direcciones en la glucosa. La naturaleza reductora de la galactosa promueve una reacción de espejo de plata en el reactivo de Tollens y convierte el reactivo de Fehling en rojo.
Es raro que la galactosa se encuentre sola, ya que generalmente ocurre junto con la glucosa para formar lactosa, o polimerizada en oligogalactosas. Ambas son abundantes en la leche. Promueven bacterias beneficiosas en los intestinos y mejoran la absorción de calcio y magnesio. Los cerebrósidos compuestos de galactosa son abundantes en las células nerviosas y son beneficiosos para el crecimiento y la reparación neural. En las plantas, la galactosa se encuentra a menudo como polisacáridos, como la goma arábiga y el carragenano.
La galactosa no puede servir directamente como proveedor de energía, sino que se convierte en glucosa en el hígado antes de ingresar a las vías metabólicas. Solo unos pocos bebés nacen sin la enzima relevante para la conversión de galactosa, por lo que la acumulación de galactosa daña su hígado y cerebro.