Estudio de los Carbohidratos en Bioquímica

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Bioquímica. Las bases moleculares de la vida, 7e CAPÍTULO 7: Carbohidratos INTRODUCCIÓN Azúcares y células. Las moléculas de azúcar dan forma al paisaje molecular de los organismos vivos. Los carbohidratos unidos a proteínas de membrana y los lípidos son especialmente notables en la superficie externa de las células. Sabores dulce y amargo: las funciones de las moléculas de azúcar Durante varios cientos de millones de años, las plantas y los animales que se alimentan de plantas (llamados herbívoros) han estado involucrados en una lucha por la supervivencia. Los herbívoros obtienen energía y nutrientes de la biomasa vegetal, el producto de la fotosíntesis.

Para protegerse, muchas especies de plantas sintetizan moléculas tóxicas que disuaden o matan a los herbívoros. Los ejemplos incluyen cristales de oxalato (C2O4 2–), que causan ardor intenso e irritación en la boca, y estricnina, que causa espasmos musculares y asfixia al bloquear un canal de cloruro en la médula espinal y el cerebro. Aunque muchos animales han desarrollado varios tipos de defensas contra las toxinas de las plantas (p. ej., inactivando las reacciones de biotransformación), su principal medio de protección es el sentido del gusto.

El gusto, mediado por las células receptoras del gusto dentro de las papilas gustativas, permite que un animal evalúe de forma rápida lo que está comiendo. La unión de las moléculas de los alimentos a los receptores del gusto inicia la despolarización de las membranas celulares de los receptores del gusto. En los seres humanos, las señales del gusto, transmitidas a través de potenciales de acción en las fibras nerviosas sensoriales cercanas a las células receptoras del gusto, se transmiten por último a la corteza gustativa en el lóbulo frontal del cerebro. Las neuronas quimiosensoriales dentro de la corteza cerebral son responsables de la percepción del gusto.

La mayoría de los animales tienen cinco tipos principales de percepción del sabor: dulce, sabroso, amargo, ácido y salado. Cada uno permite a los animales identificar nutrientes específicos o amenazas fisiológicas. Los sabores dulce y sabroso, por ejemplo, indican que un alimento es una rica fuente de azúcares o aminoácidos, respectivamente. Estos gustos son agradables y estimulan el comportamiento de alimentación. La conducta de evitación se desencadena por el sabor amargo, que indica toxicidad, y los altos niveles de sabores salados y ácidos, que indican la presencia de electrólitos y ácidos en los alimentos.

De los cinco tipos de sabor, el dulce y el amargo son los más importantes para evaluar el contenido energético y la seguridad de los alimentos. Las células receptoras dulces detectan azúcares a 0.01 M o más de forma que sólo los alimentos ricos en energía provoquen un comportamiento alimenticio. En contraste, el umbral para el sabor amargo es muy bajo. La quinina, un ejemplo de los alcaloides (un grupo de moléculas de plantas que contienen nitrógeno con potentes propiedades fisiológicas) del árbol de Cinchona, se detecta a 0.8 μM.

Una de las características más interesantes de la percepción del sabor dulce y amargo es que las moléculas de azúcar no son sólo nutrientes dulces y ricos en energía; sino que también pueden ser componentes de moléculas tóxicas amargas. En dos clases importantes de toxinas vegetales Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 1 / 57 Sabores dulce y amargo: las funciones de las moléculas de azúcar Durante varios cientos de millones de años, las plantas y los animales que se alimentan de plantas (llamados herbívoros) han estado involucrados en una lucha por la supervivencia. Los herbívoros obtienen energía y nutrientes de la biomasa vegetal, el producto de la fotosíntesis. Para protegerse, muchas especies de plantas sintetizan moléculas tóxicas que disuaden o matan a los herbívoros.

Los ejemplos incluyen cristales de oxalato (C2O4 2–), que causan ardor intenso e irritación en la boca, y estricnina, que causa espasmos musculares y asfixia al bloquear un canal de cloruro en la médula espinal y el cerebro. Aunque muchos animales han desarrollado varios tipos de defensas contra las toxinas de las plantas (p. ej., inactivando las reacciones de biotransformación), su principal medio de protección es el sentido del gusto. El gusto, mediado por las células receptoras del gusto dentro de las papilas gustativas, permite que un animal evalúe de forma rápida lo que está comiendo.

La unión de las moléculas de los alimentos a los receptores del gusto inicia la despolarización de las membranas celulares de los receptores del gusto. En los seres humanos, las señales del gusto, transmitidas a través de potenciales de acción en las fibras nerviosas sensoriales cercanas a las células receptoras del gusto, se transmiten por último a la corteza gustativa en el lóbulo frontal del cerebro. Las neuronas quimiosensoriales dentro de la corteza cerebral son responsables de la percepción del gusto. La mayoría de los animales tienen cinco tipos principales de percepción del sabor: dulce, sabroso, amargo, ácido y salado.

Cada uno permite a los animales identificar nutrientes específicos o amenazas fisiológicas. Los sabores dulce y sabroso, por ejemplo, indican que un alimento es una rica fuente de azúcares o aminoácidos, respectivamente. Estos gustos son agradables y estimulan el comportamiento de alimentación. La conducta de evitación se desencadena por el sabor amargo, que indica toxicidad, y los altos niveles de sabores salados y ácidos, que indican la presencia de electrólitos y ácidos en los alimentos. De los cinco tipos de sabor, el dulce y el amargo son los más importantes para evaluar el contenido energético y la seguridad de los alimentos.

Las células receptoras dulces detectan azúcares a 0.01 M o más de forma que sólo los alimentos ricos en energía provoquen un comportamiento alimenticio. En contraste, el umbral para el sabor amargo es muy bajo. La quinina, un ejemplo de los alcaloides (un grupo de moléculas de plantas que contienen nitrógeno con potentes propiedades fisiológicas) del árbol de Cinchona, se detecta a 0.8 μM. Una de las características más interesantes de la percepción del sabor dulce y amargo es que las moléculas de azúcar no son sólo nutrientes dulces y ricos en energía; sino que también pueden ser componentes de moléculas tóxicas amargas.

En dos clases importantes de toxinas vegetales potencialmente letales, los glucósidos cianogénicos y cardiacos, una o más moléculas de azúcar están unidas de forma covalente a una aglucona tóxica (la porción no carbohidrato de una molécula). (Los residuos de azúcar mejoran la solubilidad en agua de la aglucona.) Los glucósidos cianogénicos se hidrolizan rápidamente para formar cianuro de hidrógeno (HCN, hydrogen cyanide; un potente inhibidor de la respiración aerobia; véase Inhibidores del transporte de electrones) cuando los animales los consumen.

Los glucósidos cardiacos inhiben la ATPasa de Na+/K+ (Función de la membrana) en la membrana de las células, lo que produce náuseas, mareos, confusión y paro cardiaco. Los seres humanos han aprendido cómo hacer que algunas plantas sean seguras para comer al inactivar las toxinas. Por ejemplo, tostando las raíces de la planta de yuca, una importante fuente de alimento para muchos seres humanos, se destruyen los glucósidos cianogénicos como la linamarina. Algunas toxinas vegetales se han utilizado por sus propiedades medicinales.

En cantidades pequeñas y bien reguladas, la digitoxina, un glucósido cardiaco de la planta dedalera, se ha utilizado durante cientos de años para tratar la insuficiencia cardiaca congestiva. No todas las moléculas de las plantas amargas son tóxicas. De hecho, numerosas moléculas amargas en varios alimentos y bebidas derivados de plantas tienen efectos beneficiosos sobre la salud humana. Los ejemplos incluyen bioflavonoides (polihidroxipolifenoles) en el té y las frutas cítricas que protegen contra los radicales libres que dañan las células y los compuestos organosulfurados en las verduras crucíferas como el brócoli que tienen propiedades anticancerígenas.

Panorama general LOS CARBOHIDRATOS NO SON SÓLO UNA FUENTE IMPORTANTE DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA RÁPIDA PARA LAS CÉLULAS VIVAS. TAMBIÉN SON PILARES estructurales de las células y componentes de numerosas vías metabólicas. Los polímeros de azúcar unidos a las proteínas y los lípidos en la actualidad se reconocen como un sistema de codificación de alta densidad. Su gran diversidad estructural se explota por los organismos vivos para producir la inmensa capacidad de información requerida para los procesos vivos. En el capítulo 7 se describen las estructuras y la química de las moléculas de carbohidratos típicas que se encuentran en los organismos vivos.

Los carbohidratos, las biomoléculas más abundantes en la naturaleza, son un enlace directo entre la energía solar y la energía de enlace químico de los organismos vivos. (Más de la mitad de todo el carbono "orgánico" se encuentra en los carbohidratos.) Se forman durante la fotosíntesis (capítulo 13), un proceso bioquímico en el que la energía luminosa se captura y se utiliza para impulsar la biosíntesis de las moléculas orgánicas ricas en energía a partir de las moléculas inorgánicas CO2 yH2O pobres en energía.

La mayoría de los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno en una Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 2 / 57 PILARES estructurales de las células y componentes de numerosas vías metabólicas. Los polímeros de azúcar unidos a las proteínas y los lípidos en la actualidad se reconocen como un sistema de codificación de alta densidad. Su gran diversidad estructural se explota por los organismos vivos para producir la inmensa capacidad de información requerida para los procesos vivos.

En el capítulo 7 se describen las estructuras y la química de las moléculas de carbohidratos típicas que se encuentran en los organismos vivos. Los carbohidratos, las biomoléculas más abundantes en la naturaleza, son un enlace directo entre la energía solar y la energía de enlace químico de los organismos vivos. (Más de la mitad de todo el carbono "orgánico" se encuentra en los carbohidratos.) Se forman durante la fotosíntesis (capítulo 13), un proceso bioquímico en el que la energía luminosa se captura y se utiliza para impulsar la biosíntesis de las moléculas orgánicas ricas en energía a partir de las moléculas inorgánicas CO2 yH2O pobres en energía.

La mayoría de los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción (CH2O)n, de ahí el nombre de "hidrato de carbono". Se han adaptado para una amplia variedad de funciones biológicas, que comprenden: fuentes de energía (p. ej., glucosa), elementos estructurales (p. ej., celulosa y quitina en plantas e insectos, respectivamente), comunicación celular e identidad, y la de precursores en la producción de otras biomoléculas (p. ej., aminoácidos, lípidos, purinas y pirimidinas). Los carbohidratos se clasifican como monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos de acuerdo con la cantidad de unidades de azúcares simples que contienen.

Los restos de carbohidratos también se presentan como componentes de otras biomoléculas. Una amplia gama de glucoconjugados (moléculas proteínicas y lípidos con grupos de carbohidratos unidos covalentemente) se distribuye entre todas las especies vivas, en especial entre los eucariotas. Las moléculas de azúcar ribosa y desoxirribosa son elementos estructurales de nucleótidos y ácidos nucleicos. El capítulo 7 proporciona una base para comprender los procesos complejos en los organismos vivos al revisar la estructura y función de los carbohidratos y glucoconjugados más comunes.

El capítulo termina con una discusión sobre el código de los azúcares, el mecanismo mediante el cual la estructura de los carbohidratos se usa para codificar información biológica. 7.1 MONOSACÁRIDOS Los monosacáridos, o azúcares simples, son aldehídos o cetonas polihidroxilados. Recuérdese del capítulo 1 que los monosacáridos con un grupo funcional aldehído se denominan aldosas, mientras que aquellos con un grupo cetona se denominan cetosas (fig. 7.1). La aldosa y la cetosa más simples son el gliceraldehído y la dihidroxiacetona, respectivamente (fig. 7.2). Los azúcares también se clasifican según la cantidad de átomos de carbono que contienen.

Por ejemplo, los azúcares más pequeños, llamados triosas, contienen tres átomos de carbono. Los azúcares de cuatro, cinco y seis carbonos se denominan tetrosas, pentosas y hexosas, respectivamente. Los monosacáridos más abundantes que se encuentran en las células vivas son las pentosas y las hexosas. A menudo se describe a los monosacáridos con nombres como aldohexosas y cetopentosas, que combinan información sobre el número de átomos de carbono y sobre los grupos funcionales. Por ejemplo, la glucosa, un azúcar que contiene aldehído de seis carbonos, es una aldohexosa. FIGURA 7.1 Fórmulas generales para las formas de monosacárido aldosa y cetosa.

FIGURA 7.2 Gliceraldehído (una aldotriosa) y dihidroxiacetona (una cetotriosa). Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 3 / 57 FIGURA 7.2 Gliceraldehído (una aldotriosa) y dihidroxiacetona (una cetotriosa). Las estructuras de los azúcares que se muestran en las figuras 7.1 y 7.2 se conocen como proyecciones de Fischer (en honor al químico alemán Emil Fischer, 1852–1919).

En estas estructuras, el esqueleto hidrocarbonado se esquematiza de forma vertical, con el carbono más altamente oxidado que, por lo general, se muestra en la parte superior. Se entiende que las líneas horizontales se proyectan hacia el espectador; las líneas verticales se alejan del espectador. PREGUNTA 7.1 Identifique la clase de cada uno de los siguientes azúcares. Por ejemplo, la glucosa es una aldohexosa. Ver respuestas Estereoisómeros de los monosacáridos Cuando el número de átomos de carbono quirales aumenta en compuestos ópticamente activos, también se incrementa el número de posibles isómeros ópticos.

La cantidad total de isómeros posibles puede determinarse utilizando la regla de Van't Hoff: un compuesto con n átomos de carbono quirales tiene un máximo de 2n estereoisómeros posibles. Por ejemplo, cuando n es 4, hay 24 o 16 estereoisómeros (8 D­estereoisómeros y 8 L­estereoisómeros). En los isómeros ópticos, el carbono de referencia es el carbono asimétrico que está más alejado del carbono carbonilo. Su configuración es similar a la del carbono asimétrico en el D­gliceraldehído o L­gliceraldehído. Casi todos los azúcares naturales tienen la configuración D. Se puede considerar que derivan de la triosa D­gliceraldehído (las aldosas) o de la triosa dihidroxiacetona (las cetosas).

(Nótese que, aunque la dihidroxiacetona no tiene un carbono asimétrico, claramente es el compuesto de referencia para las cetosas). En la familia de los azúcares D­aldosas (fig. 7.3), que contiene la mayoría de los monosacáridos biológicamente importantes, el grupo hidroxilo está a la derecha en el átomo de carbono quiral en el modelo Fischer Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 4 / 57 Cuando el número de átomos de carbono quirales aumenta en compuestos ópticamente activos, también se incrementa el número de posibles isómeros ópticos. La cantidad total de isómeros posibles puede determinarse utilizando la regla de Van't Hoff: un compuesto con n átomos de carbono quirales tiene un máximo de 2n estereoisómeros posibles. Por ejemplo, cuando n es 4, hay 24 o 16 estereoisómeros (8 D­estereoisómeros y 8 L­estereoisómeros). En los isómeros ópticos, el carbono de referencia es el carbono asimétrico que está más alejado del carbono carbonilo.

Su configuración es similar a la del carbono asimétrico en el D­gliceraldehído o L­gliceraldehído. Casi todos los azúcares naturales tienen la configuración D. Se puede considerar que derivan de la triosa D­gliceraldehído (las aldosas) o de la triosa dihidroxiacetona (las cetosas). (Nótese que, aunque la dihidroxiacetona no tiene un carbono asimétrico, claramente es el compuesto de referencia para las cetosas). En la familia de los azúcares D­aldosas (fig.

7.3), que contiene la mayoría de los monosacáridos biológicamente importantes, el grupo hidroxilo está a la derecha en el átomo de carbono quiral en el modelo Fischer más alejado del carbono más oxidado (en este caso, el grupo aldehído) en la molécula (p. ej., carbono 5 en un azúcar de seis carbonos). FIGURA 7.3 Familia de las D­aldosas. Los estereoisómeros que no son enantiómeros (isómeros especulares; véase Estereoisómeros de aminoácidos) se denominan diastereoisómeros. Por ejemplo, las aldopentosas D­ribosa y L­ribosa son enantiómeros, como lo son la D­arabinosa y la L­arabinosa (fig. 7.4).

Los azúcares D­ribosa y D­ arabinosa, que son isómeros, pero no imágenes especulares, son diastereoisómeros. Los diastereoisómeros que difieren en la configuración en sólo un átomo de carbono asimétrico se denominan epímeros. Por ejemplo, la D­glucosa y la D­galactosa son epímeros porque sus estructuras difieren sólo en la configuración del grupo OH en el carbono 4 (fig. 7.3). La D­manosa y la D­galactosa no son epímeros porque sus configuraciones difieren en más de un carbono. FIGURA 7.4 Los isómeros ópticos D­ y L­ribosa y D­ y L­arabinosa. D­ribosa y D­arabinosa son diastereoisómeros, es decir, no son imágenes especulares.

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 5 / 57 FIGURA 7.4 Los isómeros ópticos D­ y L­ribosa y D­ y L­arabinosa. D­ribosa y D­arabinosa son diastereoisómeros, es decir, no son imágenes especulares. Estructura cíclica de los monosacáridos Los azúcares que contienen cuatro o más carbonos existen principalmente en formas cíclicas.

La formación del anillo ocurre en una solución acuosa cuando los grupos aldehído y cetona reaccionan de forma reversible con los grupos hidroxilo presentes en el azúcar para formar hemiacetales y hemicetales cíclicos, respectivamente. Los hemiacetales y hemicetales ordinarios se forman cuando las moléculas que contienen un grupo funcional aldehído o cetona reaccionan con un alcohol (p. P­27), son inestables y vuelven fácilmente a las formas de aldehído o cetona (fig. 7.5). Sin embargo, Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 6 / 57 Estructura cíclica de los monosacáridos Los azúcares que contienen cuatro o más carbonos existen principalmente en formas cíclicas. La formación del anillo ocurre en una solución acuosa cuando los grupos aldehído y cetona reaccionan de forma reversible con los grupos hidroxilo presentes en el azúcar para formar hemiacetales y hemicetales cíclicos, respectivamente. Los hemiacetales y hemicetales ordinarios se forman cuando las moléculas que contienen un grupo funcional aldehído o cetona reaccionan con un alcohol (p. P­27), son inestables y vuelven fácilmente a las formas de aldehído o cetona (fig. 7.5).

Sin embargo, cuando el grupo aldehído o cetona y el grupo funcional alcohol son parte de la misma molécula, se produce una reacción de ciclación intramolecular que puede formar productos estables. Los anillos de hemiacetal y hemicetal cíclicos más estables contienen cinco o seis átomos. A medida que ocurre la ciclación, el carbono carbonilo se convierte en un nuevo centro quiral. Este carbono se llama átomo de carbono anomérico. Los dos posibles diastereoisómeros que pueden formarse durante la reacción de ciclación se denominan anómeros. FIGURA 7.5 Formación de hemiacetales y hemicetales. a) A partir de un aldehído. b) A partir de una cetona.

En los azúcares aldosas, el grupo hidroxilo del hemiacetal recién formado se produce en el carbono 1 (el carbono anomérico). Debido a que el carbono anomérico es quiral, se pueden formar dos estereoisómeros de la aldosa: el anómero α o el anómero β. En las proyecciones de Fischer, el hidroxilo anomérico α se produce a la derecha y el hidroxilo β a la izquierda (fig. 7.6). Es importante tener en cuenta que los anómeros se definen en relación con la clasificación D y L de los azúcares. Estas reglas se aplican sólo a los D­azúcares, los más comunes que se encuentran en la naturaleza. En los azúcares L, el grupo OH anomérico α se encuentra a la izquierda.

La ciclación de azúcares se visualiza más fácilmente utilizando las estructuras de Haworth. FIGURA 7.6 Estructura de monosacárido. Los anómeros α y anómeros β se pueden producir cuando la glucosa forma un hemiacetal. Nótese que los ángulos rectos en el enlace hemiacetal en los modelos Fischer de monosacáridos no representan grupos metileno. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 7 / 57 Estructura de monosacárido. Los anómeros α y anómeros β se pueden producir cuando la glucosa forma un hemiacetal.

Nótese que los ángulos rectos en el enlace hemiacetal en los modelos Fischer de monosacáridos no representan grupos metileno. CONCEPTOS CLAVE Los monosacáridos, que pueden ser polihidroxialdehídos o cetonas, son aldosas o cetosas. Los azúcares que contienen cuatro o más carbonos tienen principalmente formas cíclicas. Las aldosas o cetosas cíclicas son hemiacetales y hemicetales, respectivamente. ESTRUCTURAS HAWORTH. Las ilustraciones de estructuras de carbohidratos, desarrolladas por el químico inglés W. N. Haworth (fig. 7.7), representan más de cerca ángulos y longitudes de enlace adecuados que las representaciones de Fischer.

En las representaciones de Haworth de aldosas, el grupo hidroxilo en el carbono anomérico se produce sobre el anillo en el mismo lado que el grupo CH2OH (la posición "arriba") o debajo del anillo en el lado opuesto al grupo CH2OH (la posición "abajo"). Para los azúcares D, cuando el hidroxilo está abajo, la estructura está en forma anomérica α. Si el hidroxilo está arriba, la estructura está en forma anomérica β. En los azúcares L, esta regla se invierte: el grupo OH anomérico α está por encima del anillo y el grupo OH anomérico β está por debajo del anillo. FIGURA 7.7 Estructuras de Haworth de los anómeros de D­glucosa. a) D­glucosa α. b) D­glucosa β.

Nótese que, en la química de los carbohidratos, los hidrógenos unidos a los carbonos en los anillos de azúcar pueden representarse mediante líneas simples. Los anillos hemiacetales de cinco miembros se denominan furanosas debido a su similitud estructural con el furano (fig. 7.8). Por ejemplo, la forma cíclica de la fructosa representada en la figura 7.9 se llama fructofuranosa. Los anillos de seis miembros se llaman piranosas debido a su similitud con el pirano. La glucosa, en forma de piranosa, se llama glucopiranosa. FIGURA 7.8 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill.

All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 8 / 57 Los anillos hemiacetales de cinco miembros se denominan furanosas debido a su similitud estructural con el furano (fig. 7.8). Por ejemplo, la forma cíclica de la fructosa representada en la figura 7.9 se llama fructofuranosa. Los anillos de seis miembros se llaman piranosas debido a su similitud con el pirano. La glucosa, en forma de piranosa, se llama glucopiranosa. FIGURA 7.8 Estructura de furano y pirano. FIGURA 7.9 Representaciones Fischer y Haworth de la estructura D­fructosa. ESTRUCTURAS CONFORMACIONALES.

Aunque las fórmulas de proyección de Haworth se usan a menudo para representar la estructura de los carbohidratos, son simplificaciones excesivas. El análisis del ángulo de enlace y el análisis de rayos X demuestran que las fórmulas conformacionales son representaciones más precisas de la estructura de los monosacáridos (fig. 7.10) porque ilustran la naturaleza plegada de los anillos de los azúcares. FIGURA 7.10 Representaciones conformacionales de D­glucopiranosa α y β. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 9 / 57 azúcares. FIGURA 7.10 Representaciones conformacionales de D­glucopiranosa α y β. Los modelos espaciales, cuyas dimensiones son proporcionales al radio de los átomos de Van der Waals, también brindan información estructural útil (véanse más adelante: figuras 7.21, 7.22 y 7.23). MUTARROTACIÓN. Las formas α y β de los monosacáridos se interconvierten fácilmente cuando se disuelven en agua. Este proceso espontáneo, llamado mutarrotación, produce una mezcla de equilibrio de formas α y β en las estructuras de los anillos de furanosa y piranosa. La proporción de cada forma difiere según el tipo de azúcar.

La glucosa, por ejemplo, existe principalmente como una mezcla de formas de piranosa α (38%) y β (62%) (fig. 7.11). La fructosa se encuentra predominantemente en las formas de furanosa α y β. La cadena abierta formada durante la mutarrotación puede participar en las reacciones de oxidación­reducción. FIGURA 7.11 Mezcla de equilibrio de D­glucosa. Cuando la glucosa se disuelve en agua a 25 °C, las formas anoméricas del azúcar experimentan interconversiones muy rápidas. Cuando se alcanza el equilibrio (es decir, no hay un cambio neto en la aparición de cada forma), la solución de glucosa contiene los porcentajes que se muestran.

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 10 / 57 (fig. 7.11). La fructosa se encuentra predominantemente en las formas de furanosa α y β. La cadena abierta formada durante la mutarrotación puede participar en las reacciones de oxidación­reducción. FIGURA 7.11 Mezcla de equilibrio de D­glucosa. Cuando la glucosa se disuelve en agua a 25 °C, las formas anoméricas del azúcar experimentan interconversiones muy rápidas.

Cuando se alcanza el equilibrio (es decir, no hay un cambio neto en la aparición de cada forma), la solución de glucosa contiene los porcentajes que se muestran. Reacciones de monosacáridos Los grupos carbonilo e hidroxilo de los azúcares pueden sufrir reacciones que son típicas de aldehídos, cetonas y alcoholes. Entre los más importantes están la oxidación, reducción, isomerización, esterificación, formación de glucósidos y reacciones de glucosilación. OXIDACIÓN. En presencia de agentes oxidantes, los iones metálicos como Cu2+ y ciertas enzimas, los monosacáridos sufren fácilmente varias reacciones de oxidación.

La oxidación de un grupo aldehído produce un ácido aldónico, mientras que la oxidación de un grupo CH2OH terminal (pero no el grupo aldehído) da un ácido urónico. La oxidación tanto del aldehído como del CH2OH produce un ácido aldárico (fig. 7.12). FIGURA 7.12 Productos de oxidación de la glucosa. Se resaltan los grupos recién oxidados. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 11 / 57 Se resaltan los grupos recién oxidados.

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 12 / 57 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 13 / 57 Los grupos carbonilo en los ácidos aldónico y urónico pueden reaccionar con un grupo OH en la misma molécula para formar un éster cíclico conocido como lactona: Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 14 / 57 Los grupos carbonilo en los ácidos aldónico y urónico pueden reaccionar con un grupo OH en la misma molécula para formar un éster cíclico conocido como lactona: Las lactonas se encuentran comúnmente en la naturaleza.

Por ejemplo, el ácido L­ascórbico, también conocido como vitamina C (fig. 7.13), es un derivado lactona del ácido D­glucurónico. Todos los mamíferos lo sintetizan, excepto los cobayos, los simios, los murciélagos que comen frutas y, por supuesto, los seres humanos. Estas especies deben obtener ácido ascórbico en su dieta, de ahí el nombre de vitamina C. El ácido ascórbico es un poderoso agente reductor; es decir, protege las células de las especies altamente reactivas de oxígeno y nitrógeno (véase Especies reactivas del oxígeno).

Además, es un cofactor enzimático requerido en la hidroxilación de residuos de prolina y lisina en el colágeno, y en la síntesis de carnitina (Degradación de los ácidos grasos) y el neurotransmisor dopamina(Biosíntesis de los aminoácidos). FIGURA 7.13 Estructura del ácido ascórbico. Los seres humanos y los conejillos de indias no pueden sintetizar ácido ascórbico porque carecen de gluconolactona oxidasa, una de las tres enzimas necesarias para sintetizar el ácido de su glucuronato precursor. Los azúcares que pueden ser oxidados por agentes oxidantes débiles como el reactivo de Benedict se denominan azúcares reductores (fig. 7.14).

La reacción ocurre sólo con azúcares que vuelven a formar un grupo aldehído cuando vuelven a la forma de cadena abierta. Por tanto, todas las aldosas Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 15 / 57 Estructura del ácido ascórbico. Los seres humanos y los conejillos de indias no pueden sintetizar ácido ascórbico porque carecen de gluconolactona oxidasa, una de las tres enzimas necesarias para sintetizar el ácido de su glucuronato precursor.

Los azúcares que pueden ser oxidados por agentes oxidantes débiles como el reactivo de Benedict se denominan azúcares reductores (fig. 7.14). La reacción ocurre sólo con azúcares que vuelven a formar un grupo aldehído cuando vuelven a la forma de cadena abierta. Por tanto, todas las aldosas son azúcares reductores. Las cetosas como la fructosa son azúcares reductores porque se convierten en aldosas mediante reacciones de isomerización (véase más adelante). FIGURA 7.14 Reacción de la glucosa con el reactivo de Benedict. El reactivo de Benedict, el sulfato de cobre (II) en una solución de carbonato de sodio y citrato de sodio, se reduce por el monosacárido glucosa.

La glucosa se oxida para formar la sal del ácido glucónico. La reacción también forma el precipitado pardo­rojizo Cu2O y otros productos de oxidación (no se muestran). REDUCCIÓN. La reducción de los grupos aldehído y cetona de monosacáridos produce los alcoholes de azúcares (alditoles). La reducción de D­ glucosa, por ejemplo, produce D­glucitol, también conocido como D­sorbitol (fig. 7.15). Los alcoholes azúcares se utilizan comercialmente en el procesamiento de alimentos y productos farmacéuticos. El sorbitol, por ejemplo, mejora el periodo de conservación de los dulces porque ayuda a prevenir la pérdida de humedad.

La adición de jarabe de sorbitol a la fruta enlatada endulzada artificialmente reduce el sabor desagradable del edulcorante artificial sacarina. El sorbitol se convierte en fructosa en el hígado. FIGURA 7.15 Estructura del D­glucitol (sorbitol). Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 16 / 57 ISOMERIZACIÓN. Los monosacáridos experimentan varios tipos de isomerización. Por ejemplo, después de varias horas, una solución alcalina de D­ glucosa también contiene D­manosa y D­fructosa.

Ambas isomerizaciones implican un desplazamiento intramolecular de un átomo de hidrógeno y una reubicación de un doble enlace (fig. 7.16). El intermediario formado es un enediol. La transformación reversible de glucosa a fructosa es una interconversión aldosa­cetosa. Debido a que la configuración en un solo carbono asimétrico cambia la conversión de glucosa en manosa se denomina epimerización. Varias reacciones catalizadas por enzimas que involucran enedioles ocurren en el metabolismo de los carbohidratos (capítulo 8). FIGURA 7.16 Isomerización de D­glucosa para formar D­manosa y D­fructosa. Se forma un intermediario de enediol en este proceso.

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 17 / 57 epimerización. Varias reacciones catalizadas por enzimas que involucran enedioles ocurren en el metabolismo de los carbohidratos (capítulo 8). FIGURA 7.16 Isomerización de D­glucosa para formar D­manosa y D­fructosa. Se forma un intermediario de enediol en este proceso. ESTERIFICACIÓN. Al igual que todos los grupos OH libres, los de los carbohidratos pueden convertirse en ésteres por reacciones con ácidos.

La esterificación a menudo cambia drásticamente las propiedades químicas y físicas de los azúcares. Los ésteres de fosfato y sulfato de las moléculas de carbohidratos se encuentran entre los más comunes de la naturaleza. Los derivados fosforilados de ciertos monosacáridos son componentes metabólicos de las células vivas que se forman con frecuencia durante las reacciones con ATP. Son importantes porque muchas transformaciones bioquímicas utilizan reacciones de sustitución nucleofílica. Tales reacciones requieren un grupo saliente. En una molécula de carbohidrato, es más probable que este grupo sea un OH.

Sin embargo, debido a que los grupos OH son grupos salientes pobres, la reacción de sustitución es improbable. La conversión de un grupo OH apropiado en un éster de fosfato, que luego puede ser desplazado por un nucleófilo entrante, resuelve el problema. Como consecuencia, una reacción lenta ahora se produce mucho más rápido. Los ésteres de sulfato de las moléculas de carbohidratos se encuentran sobre todo en los componentes proteoglucanos del tejido conectivo (7.4 Glucoconjugados). Los ésteres de sulfato se cargan para que se unan a grandes cantidades de agua e iones pequeños. También participan en la formación de puentes salinos entre las cadenas de carbohidratos.

PREGUNTA 7.2 Dibuje los siguientes compuestos: a. anómeros α y anómeros β de D­galactosa b. derivados de la galactosa en forma de ácido aldónico, de ácido urónico y de ácido aldárico c. galactitol d. lactona δ de ácido galactónico Ver respuestas FORMACIÓN DE GLUCÓSIDO. Los hemiacetales y hemicetales reaccionan con los alcoholes para formar el acetal o cetal correspondiente (fig. 7.17). Cuando la forma cíclica hemiacetal o hemicetal del monosacárido reacciona con un alcohol, el nuevo enlace se llama enlace glucosídico y el compuesto se llama glucósido. El nombre del glucósido especifica el componente de azúcar.

Por ejemplo, los acetales de glucosa y los cetales de fructosa se denominan glucósidos y fructósidos, respectivamente. Además, los glucósidos derivados de azúcares con anillos de cinco miembros se denominan furanósidos; los de los anillos de seis miembros se llaman piranósidos. Un ejemplo relativamente simple que se muestra en la figura 7.18 ilustra la reacción de la glucosa con metanol para formar dos tipos anoméricos de metilglucósidos. Debido a que los glucósidos son acetales, son Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 18 / 57 Ver respuestas FORMACIÓN DE GLUCÓSIDO. Los hemiacetales y hemicetales reaccionan con los alcoholes para formar el acetal o cetal correspondiente (fig. 7.17). Cuando la forma cíclica hemiacetal o hemicetal del monosacárido reacciona con un alcohol, el nuevo enlace se llama enlace glucosídico y el compuesto se llama glucósido. El nombre del glucósido especifica el componente de azúcar. Por ejemplo, los acetales de glucosa y los cetales de fructosa se denominan glucósidos y fructósidos, respectivamente.

Además, los glucósidos derivados de azúcares con anillos de cinco miembros se denominan furanósidos; los de los anillos de seis miembros se llaman piranósidos. Un ejemplo relativamente simple que se muestra en la figura 7.18 ilustra la reacción de la glucosa con metanol para formar dos tipos anoméricos de metilglucósidos. Debido a que los glucósidos son acetales, son estables en soluciones básicas. Las moléculas de carbohidratos que contienen sólo grupos acetal no dan positivo con el reactivo de Benedict. (La formación de acetal "bloquea" un anillo para que no pueda sufrir oxidación o mutarrotación). Sólo los hemiacetales actúan como agentes reductores.

FIGURA 7.17 Formación de acetales y cetales. FIGURA 7.18 Formación de metilglucósido. Los componentes no carbohidratos de los glucósidos se denominan agluconas. Los grupos metilo resaltados son agluconas. Si se forma un enlace acetal entre el grupo hidroxilo hemiacetal de un monosacárido y un grupo hidroxilo de otro monosacárido, el glucósido resultante se llama disacárido. Una molécula que contiene una gran cantidad de monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos se denomina polisacárido. PREGUNTA 7.3 Dibuje la estructura de una molécula de D­glucosa unida a la treonina a través de un enlace glucosídico β. Ver respuestas PREGUNTA 7.4 Los glucósidos se encuentran comúnmente en la naturaleza.

Un ejemplo es la salicina (fig. 7.19), un compuesto que se encuentra en la corteza de sauce que tiene propiedades antipiréticas (reductoras de fiebre) y analgésicas (alivio del dolor). ¿Puede identificar los componentes de carbohidratos y agluconas (no carbohidratos) de la salicina? Ver respuestas FIGURA 7.19 Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 19 / 57 Dibuje la estructura de una molécula de D­glucosa unida a la treonina a través de un enlace glucosídico β.

Ver respuestas PREGUNTA 7.4 Los glucósidos se encuentran comúnmente en la naturaleza. Un ejemplo es la salicina (fig. 7.19), un compuesto que se encuentra en la corteza de sauce que tiene propiedades antipiréticas (reductoras de fiebre) y analgésicas (alivio del dolor). ¿Puede identificar los componentes de carbohidratos y agluconas (no carbohidratos) de la salicina? Ver respuestas FIGURA 7.19 Estructura de la salicina. REACCIONES DE GLUCOSILACIÓN. Las reacciones de glucosilación unen azúcares o glucanos (polímeros de azúcar) a las proteínas o a lípidos.

De forma análoga a la formación de glucósidos entre las moléculas de azúcar, las reacciones de glucosilación, catalizadas por las glucosil transferasas, forman enlaces glucosídicos entre carbonos anoméricos en ciertos azúcares y átomos de nitrógeno u oxígeno en otros tipos de moléculas. Por ejemplo, los enlaces N­ y O­glucosídicos son características estructurales notables de las glucoproteínas. La importancia de las reacciones de glucosilación está indicada por el hecho de que al menos 2% del genoma que codifica el polipéptido humano está involucrado en los procesos de glucosilación.

Además de una cantidad de enzimas de glucosilación que superan las 200, estos productos génicos consisten en enzimas involucradas en la síntesis y el transporte de moléculas de sustrato donante (p. ej., UDP­glucosa y GDP [guanosín difosfato]­ manosa), la remodelación de los oligosacáridos y moléculas que facilitan la localización precisa de todas estas moléculas dentro del RE y del complejo de Golgi. Al menos 70 trastornos humanos hereditarios son causados por defectos en las proteínas de glucosilación. GLUCACIÓN. Los azúcares reductores también pueden reaccionar con átomos de nitrógeno nucleofílicos en reacciones no enzimáticas.

Estas llamadas reacciones de glucación ocurren rápidamente en presencia de calor (p. ej., durante la cocción u horneado de alimentos que contienen azúcar) o lentamente dentro del cuerpo cuando están presentes moléculas de azúcar en exceso. El ejemplo mejor investigado es la reacción de la glucosa con el nitrógeno amino de la cadena lateral de residuos de lisina en las proteínas. La glucación no enzimática de la proteína, llamada reacción de Maillard (llamada así por el químico francés Louis­Camille Maillard, quien la descubrió en 1912), comienza con el ataque nucleófilo del nitrógeno amino en el carbono anomérico del azúcar reductor (fig. 7.20).

La base de Schiff que se genera se reconfigura para formar una cetoamina estable llamada producto de Amadori. Tanto la base de Schiff unida a proteínas como el producto de Amadori pueden sufrir más reacciones (p. ej., oxidaciones, reconfiguraciones y deshidrataciones) para generar productos adicionales unidos a proteínas, denominados en conjunto productos finales de la glucación avanzada (AGE, advanced glycation end). Los productos reactivos que contienen carbonilo como el compuesto de dicarbonilo glioxal (CHOCHO) causan la formación rápida de enlaces cruzados con proteínas y formación de aductos.

(Un aducto es el producto de una reacción de adición, es decir, la reacción de dos moléculas para formar una tercera molécula). FIGURA 7.20 Reacción de Maillard. Cualquier molécula que contenga un grupo amino puede sufrir la reacción de Maillard, por lo cual los nucleótidos y las aminas también reaccionan con las moléculas de glucosa. Como las proteínas tienen una mayor exposición a azúcares simples circulantes elevados, están más comprometidas por el proceso.

El nitrógeno amino de una cadena lateral de proteína reacciona con el carbono carbonilo de la forma de cadena abierta de una aldosa Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 20 / 57 glioxal (CHOCHO) causan la formación rápida de enlaces cruzados con proteínas y formación de aductos. (Un aducto es el producto de una reacción de adición, es decir, la reacción de dos moléculas para formar una tercera molécula). FIGURA 7.20 Reacción de Maillard.

Cualquier molécula que contenga un grupo amino puede sufrir la reacción de Maillard, por lo cual los nucleótidos y las aminas también reaccionan con las moléculas de glucosa. Como las proteínas tienen una mayor exposición a azúcares simples circulantes elevados, están más comprometidas por el proceso.

El nitrógeno amino de una cadena lateral de proteína reacciona con el carbono carbonilo de la forma de cadena abierta de una aldosa o cetosa: 1) para producir un intermedio, 2) que luego se deshidrata para formar un enlace imina (base de Schiff), 3) la imina se somete a una tautomerización (Destinos del piruvato) para producir un intermedio, 4), que luego se somete a una segunda tautomerización para generar el producto Amadori, 5) con una cetona y un enlace amina. Los productos de Amadori sufren reacciones adicionales (oxidación y escisión) para originar productos que contienen carbonilo altamente reactivo que forman aductos con los grupos amina de otras proteínas.

La glucación altera las propiedades estructurales y funcionales de las proteínas. Por ejemplo, la glucación de proteínas de larga vida como el colágeno y la elastina altera la estructura de los tejidos vasculares y conectivos. Además, los AGE desencadenan la producción de moléculas como las citocinas que promueven procesos inflamatorios. La acumulación de AGE se ha asociado con afecciones relacionadas con la edad, como las enfermedades vasculares y neurodegenerativas y la artritis. En una enfermedad vascular como la ateroesclerosis, las células que recubren los vasos sanguíneos arteriales se dañan por la formación de AGE.

El daño mediado por AGE inicia un proceso de reparación que involucra macrófagos y factores de crecimiento que desencadena un proceso inflamatorio que conduce a la formación de depósitos que obstruyen las arterias llamados placas. La capacidad de los vasos sanguíneos afectados para nutrir el tejido cercano finalmente se ve comprometida. Las concentraciones de glucosa en sangre excesivamente altas que ocurren en la diabetes mellitus (véase el ensayo Bioquímica en perspectiva, diabetes mellitus, en el capítulo 16) causan una forma acelerada de ateroesclerosis, así como numerosos cambios patológicos relacionados con AGE.

Ateroesclerosis y placamiento lisosómico Monosacáridos importantes Entre los monosacáridos más importantes que se encuentran en los organismos vivos destacan la glucosa, la fructosa y la galactosa. Se describen brevemente las principales funciones de estas moléculas. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 21 / 57 Ateroesclerosis y placamiento lisosómico Monosacáridos importantes Entre los monosacáridos más importantes que se encuentran en los organismos vivos destacan la glucosa, la fructosa y la galactosa.

Se describen brevemente las principales funciones de estas moléculas. GLUCOSA. La D­glucosa, originalmente denominada dextrosa, se encuentra en grandes cantidades en todo el mundo vivo (fig. 7.21). Es el combustible principal para las células vivas. En los animales, la glucosa es la fuente de energía preferida de las células cerebrales y las células que tienen pocas o ninguna mitocondria, como los eritrocitos. Las células que tienen un suministro de oxígeno limitado, como las del globo ocular, también usan grandes cantidades de glucosa para generar energía. Las fuentes dietéticas son el almidón vegetal y los disacáridos como la lactosa, la maltosa y la sacarosa. FIGURA 7.21 D­glucopiranosa α.

Compare la información proporcionada por estas dos representaciones. a) El modelo espacial, con átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno en verde, rojo y blanco, respectivamente, y b) la estructura de Haworth. FRUCTOSA. La D­fructosa, originalmente llamada levulosa, a menudo se conoce como azúcar de la fruta debido a su alto contenido en esta. También se encuentra en algunos vegetales y en la miel (fig. 7.22). Esta molécula es un miembro importante de la familia de azúcares cetosas. Por gramo, la fructosa es dos veces más dulce que la sacarosa. Por tanto, se puede utilizar en cantidades más pequeñas.

Por esta razón, la fructosa a menudo se emplea como agente edulcorante en productos alimenticios procesados. Se utilizan grandes cantidades de fructosa en el tracto reproductor masculino. Se sintetiza en las vesículas seminales y luego se incorpora al semen. Los espermatozoides usan el azúcar como fuente de energía. La fructosa tiene siete veces más probabilidades de sufrir reacciones de glucación que la glucosa. Como resultado, la fructosa en la dieta, especialmente en grandes cantidades, es un factor de riesgo grave para las enfermedades relacionadas con el AGE (Monosacáridos importantes). FIGURA 7.22 D­fructofuranosa β. a) Modelo espacial y b) estructura de Haworth.

Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 22 / 57 FIGURA 7.22 D­fructofuranosa β. a) Modelo espacial y b) estructura de Haworth. GALACTOSA. La galactosa es necesaria para sintetizar una variedad de biomoléculas (fig. 7.23), así como la lactosa (en las glándulas mamarias durante la lactación), los glucolípidos, ciertos fosfolípidos, los proteoglucanos y las glucoproteínas.

La síntesis de estas sustancias no se ve disminuida por las dietas que carecen de galactosa o del disacárido lactosa (la principal fuente dietética de galactosa) porque el azúcar se sintetiza fácilmente a partir de la glucosa­1­fosfato. FIGURA 7.23 D­galactopiranosa α. a) Modelo espacial y b) estructura de Haworth. En la galactosemia, un trastorno genético, falta una enzima necesaria para metabolizar la galactosa. La galactosa, la galactosa­1­fosfato y el galactitol (un alcohol derivado del azúcar) se acumulan y causan daño hepático, cataratas y retraso mental severo. El único tratamiento efectivo es el diagnóstico precoz y una dieta libre de galactosa.

CONCEPTOS CLAVE La glucosa, la fructosa y la galactosa se encuentran entre los monosacáridos más importantes en los organismos vivos. Derivados de monosacáridos Los azúcares simples pueden convertirse en compuestos químicos estrechamente relacionados. Varios de estos compuestos son componentes metabólicos y estructurales importantes de los organismos vivos. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 23 / 57 La glucosa, la fructosa y la galactosa se encuentran entre los monosacáridos más importantes en los organismos vivos. Derivados de monosacáridos Los azúcares simples pueden convertirse en compuestos químicos estrechamente relacionados. Varios de estos compuestos son componentes metabólicos y estructurales importantes de los organismos vivos. Galactosemia ÁCIDOS URÓNICOS. Recuérdese que los ácidos urónicos se forman cuando el grupo terminal CH2OH de un monosacárido se oxida. Dos ácidos urónicos son importantes en los animales: el ácido D­glucurónico y su epímero, el ácido L­idurónico (D­glucuronato α y L­iduronato β en figura 7.24).

En las células del hígado, el ácido glucurónico se combina con moléculas como los esteroides, ciertos fármacos y la bilirrubina (un producto de degradación del hemo en la proteína hemoglobina que transporta el oxígeno) para mejorar la solubilidad en agua. Este proceso ayuda a eliminar los productos de desecho del organismo. Tanto el ácido D­glucurónico como el ácido L­idurónico son abundantes en los componentes carbohidratos del tejido conjuntivo. FIGURA 7.24 Ácidos urónicos. a) D­glucuronato α y b) L­iduronato β. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 24 / 57 AMINOAZÚCARES. Los aminoazúcares se forman cuando un grupo hidroxilo (más comúnmente en el carbono 2) se reemplaza por un grupo amino (fig. 7.25). A menudo son componentes de las moléculas complejas de carbohidratos unidas a proteínas y lípidos celulares. Los aminoazúcares más comunes de las células animales son D­glucosamina y D­galactosamina. Los aminoazúcares son a menudo acetilados. Una de esas moléculas es la N­ acetilglucosamina. El ácido N­acetilneuramínico (la forma más común del ácido siálico) es un producto de condensación de la D­manosamina y el ácido pirúvico, un ácido 2­cetocarboxílico.

Los ácidos siálicos son cetosas que contienen nueve átomos de carbono que pueden estar amidados con ácido acético o glicólico (ácido hidroxiacético). Son componentes comunes de las glucoproteínas y los glucolípidos. FIGURA 7.25 Aminoazúcares. a) D­glucosamina α, b) D­galactosamina α, c) N­acetil­α­D­glucosamina, y d) ácido N­acetilneuramínico (ácido siálico). Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 25 / 57 FIGURA 7.25 Aminoazúcares.

a) D­glucosamina α, b) D­galactosamina α, c) N­acetil­α­D­glucosamina, y d) ácido N­acetilneuramínico (ácido siálico). DESOXIAZÚCARES. Los monosacáridos en los que un grupo —H ha reemplazado a un grupo —OH se conocen como desoxiazúcares. Dos desoxiazúcares importantes que se encuentran en las células son la L­fucosa (formada a partir de D­manosa por reacciones de reducción) y 2­desoxi­D­ ribosa (fig. 7.26). La fucosa se encuentra a menudo entre los componentes de carbohidratos de las glucoproteínas, como los determinantes del grupo sanguíneo ABO en la superficie de los eritrocitos. La 2­desoxirribosa, el azúcar pentosa componente del ADN, se mostró antes (fig. 1.8).

FIGURA 7.26 Desoxiazúcares a) L­fucosa β (6­desoxigalactosa) y b) 2­desoxi­β­D­ribosa. Los átomos de carbono que tienen grupos —OH reemplazados por —H están resaltados. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 26 / 57 FIGURA 7.26 Desoxiazúcares a) L­fucosa β (6­desoxigalactosa) y b) 2­desoxi­β­D­ribosa. Los átomos de carbono que tienen grupos —OH reemplazados por —H están resaltados. 7.2 DISACÁRIDOS Los disacáridos son moléculas compuestas de dos monosacáridos que están unidos por un enlace glucosídico.

Si una molécula de monosacárido está unida a través de su átomo de carbono anomérico al grupo hidroxilo en el carbono 4 de otro monosacárido, el enlace glucosídico se designa como 1,4. Debido a que el grupo hidroxilo anomérico puede estar en la configuración α o β, se pueden formar dos disacáridos posibles cuando se Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 27 / 57 7.2 DISACÁRIDOS Los disacáridos son moléculas compuestas de dos monosacáridos que están unidos por un enlace glucosídico.

Si una molécula de monosacárido está unida a través de su átomo de carbono anomérico al grupo hidroxilo en el carbono 4 de otro monosacárido, el enlace glucosídico se designa como 1,4. Debido a que el grupo hidroxilo anomérico puede estar en la configuración α o β, se pueden formar dos disacáridos posibles cuando se unen dos moléculas de azúcar: α(1,4) o β(1,4). También se producen otras variedades de enlaces glucosídicos [es decir, enlaces α o β(1,1), (1,2), (1,3) y (1,6)] (fig. 7.27). FIGURA 7.27 Enlaces glucosídicos. Se pueden formar varios tipos de enlaces glucosídicos entre los monosacáridos.

El azúcar D­glucopiranosa α (a la izquierda) teóricamente puede formar enlaces glucosídicos con cualquiera de los grupos funcionales alcohólicos de otro monosacárido, en este caso otra molécula de D­ glucopiranosa α. La lactosa (azúcar de la leche) es un disacárido que se encuentra en la leche. Está compuesto por una molécula de galactosa unida a través del grupo hidroxilo en el carbono 1 en un enlace glucosídico β al grupo hidroxilo del carbono 4 de una molécula de glucosa (fig. 7.28). El carbono anomérico de la galactosa está en la configuración β. El enlace entre los dos monosacáridos se designa, por tanto, como β(1,4).

La lactosa es un azúcar reductor porque el componente de glucosa contiene un grupo hemiacetal. FIGURA 7.28 Lactosa α y lactosa β. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 28 / 57 La maltosa, también conocida como azúcar de malta, es un producto intermediario de la hidrólisis del almidón, y no parece existir de forma libre en la naturaleza. La maltosa es un disacárido con un enlace glucosídico α(1,4) entre dos moléculas de D­glucosa.

En solución, el carbono anomérico libre sufre mutarrotación, lo cual origina un equilibrio en la mezcla de maltosas α y maltosas β (fig. 7.29). FIGURA 7.29 Maltosa α y maltosa β. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 29 / 57 sufre mutarrotación, lo cual origina un equilibrio en la mezcla de maltosas α y maltosas β (fig. 7.29). FIGURA 7.29 Maltosa α y maltosa β. La celobiosa, un producto de degradación de la celulosa, contiene dos moléculas de glucosa unidas por un enlace glucosídico β(1,4) (fig. 7.30).

Al igual que la maltosa, cuya estructura es idéntica a excepción de la dirección del enlace glucosídico, la celobiosa no se produce de forma libre en la naturaleza. FIGURA 7.30 Celobiosa β. Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 30 / 57 naturaleza. FIGURA 7.30 Celobiosa β. La sacarosa (azúcar común de mesa: azúcar de caña o azúcar de remolacha) se produce en las hojas y tallos de las plantas. Es una fuente de energía transportable en toda la planta.

La sacarosa, que contiene residuos de glucosa α y fructosa β, difiere de los disacáridos descritos anteriormente en que los monosacáridos están unidos a través de un enlace glucosídico entre ambos carbonos anoméricos (fig. 7.31). Debido a que ninguno de los anillos de monosacáridos puede volver a la forma de cadena abierta, la sacarosa es un azúcar no reductor. FIGURA 7.31 Sacarosa. Los residuos de glucosa y fructosa están unidos por un enlace glucosídico α y glucosídico β(1,2). Universidad del Valle de México UVM Access Provided by: Downloaded 2026­5­6 6:11 Your IP is 187.191.8.174 CAPÍTULO 7: Carbohidratos, ©2026 McGraw Hill. All Rights Reserved.

Terms of Use Privacy Policy Notice Accessibility Page 31 / 57 FIGURA 7.31 Sacarosa. Los residuos de glucosa y fructosa están unidos por un enlace glucosídico α y glucosídico β(1,2). Las enzimas sintetizadas por las células que recubren el intestino delgado median la digestión de disacáridos y otros carbohidratos. La deficiencia de cualquiera de estas enzimas causa síntomas desagradables cuando se ingiere el azúcar disacárido no digerible. Debido a que los carbohidratos se absorben principalmente como monosacáridos, cualquier molécula de disacárido no digerido pasa al intestino grueso, donde la presión osmótica extrae agua de los tejidos circundantes (diarrea).

Las bacterias en el colon digieren los disacáridos (la fermentación), produciendo gases (hinchazón y calambres). La deficiencia más conocida es la intolerancia a la lactosa, que puede aparecer en la mayoría de los seres humanos adultos, excepto aquellos con antepasados del norte de Europa y/o ciertos grupos africanos. La…