CARBOHIDRATOS

Q.F. Yudith Gallardo Coronado

El metabolismo primario vegetal comienza con la fotosíntesis que convierte el carbono inorgánico del aire (anhídrido carbónico) en compuestos orgánicos y energía química

ORIGEN

Los carbohidratos provienen en su mayoría del reino vegetal; otros se originan en el reino animal, como el glucógeno, la lactosa, etc. En los vegetales se forman durante el proceso de asimilación clorofiliana, constituyendo junto con las proteínas y los lípidos el material básico energético de la alimentación humana. Algunos carbohidratos cumplen funciones de alta especialización en los procesos vitales, como la ribosa y la desoxirribosa; la celulosa forma la membrana celular de los vegetales.

BIOSÍNTESIS

Los carbohidratos en los vegetales se originan mediante la fosforilación oxidativa, a partir del CO2 atmosférico absorbido por las hojas y del H2O terrestre absorbida por las raíces. Estos cuerpos son transformados en la célula vegetal mediante la intervención de la energía solar, y por la acción catalítica de la clorofila, en formaldehida, según:

CO2 + H2O --------------- HCHO + O2

La aldehida fórmica luego es polimerizada, originando por condensación carbohidratos de 3, 4, 5 o 6 átomos de carbono. Este último corresponde a la glucosa (C6H12O6), monosacárido que asociado con otra molécula del mismo tipo, con pérdida de una molécula de H2O, origina un disacárido (C12H22O11) como la sacarosa; o que asociado con varias moléculas genera polisacáridos (C6H10O5)n. Los carbohidratos son, asimismo, precursores de muchos de los restantes metabolitos.

Los carbohidratos, Hidratos de carbono o glúcidos, son sustancias ternarias formadas por carbono, hidrogeno y oxígeno; contienen en su estructura una función aldehído o cetona y el resto de los carbonos hidroxilados (OH). Es decir, son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas, ya sean simples o condensados. Son "el grupo de sustancias que comprenden los azúcares reductores no hidrolizables y las sustancias que por hidrólisis dan uno o varios de dichos azúcares".

DEFINICIÓN

COMPOSICIÓN QUÍMICA

• En su estructura presentan grupos hidroxilo (-OH), aldehídico (- COH) o cetónico (=CO). Es decir, son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas, ya sean simples o condensados.

• Sus anillos de carbono contiene grandes cantidades de energía.

• Existen dos formas en las cuales los azucares se polimerizan (forman polímeros): los enlaces alfa y beta.

• En los enlaces alfa la posición del hidrogeno en el primer carbono de la molécula es hacia arriba, ej: sacarosa, amilosa.

• En los enlaces beta la posición del hidrogeno en el primer carbono de la molécula es hacia abajo, ej: celulosa.

α

β

CLA

SIF

ICIÓ

NMONOSACARIDOS

HOLÓSIDOS

HETERÓSIDOS

ALDOSAS

CETOSAS

OLIGOSACÁRIDOS

POLISACÁRIDOS

MONOSACÁRIDOS

• Los monosacáridos son los azúcares más sencillos, pues no pueden descomponerse por hidrólisis para dar lugar a otros azúcares más simples.

• La estructura básica de todos los monosacáridos es una cadena de átomos de carbono no ramificada en la que todos ellos están unidos por enlaces simples

• Si el grupo carbonilo se encuentra en un extremo de la cadena carbonada el monosacárido es un aldehído y recibe el nombre de aldosa; si el grupo carbonilo se encuentra en cualquier otra posición el monosacárido es una cetona y recibe el nombre de cetosa.

NOMENCLATURA DE LOS MONOSOCÁRIDOS

DERIVADOS DE LOS MONOSACÁRIDOS

• DEOXIAZÚCARES: Compuestos que por reducción han perdido alguna de sus funciones alcohólicas. Forman parte de muchos polisacáridos y heterósidos.

- 2-deoxi-D-ribosa; 6-desoxi-L-galactosa (fructuosa) ; la 6-desoxi-D-manosa ( ramnosa) y la 2,6-didesoxi-D-allosa (digitoxosa).

• ÁCIDOS URÓNICOS: Originados por oxidación de hexosas; en ellos el grupo hidroxilo primario es oxidado a carboxilo.

- Ácido glucurónico, manurónico y galacturónico.

• POLIOLES: Cuando se reduce el grupo carbonilo de los monosacáridos, se forman los polioles, conocidos también bajo el nombre de azúcares alcoholes.

- Glicerol o glicerina, sorbitol, manitol, entre otros.

• AMINOAZÚCARES: Uno de los principales es la D-glucosamina abundante en los tejidos animales, su presencia en vegetales es rara y sólo se detecta en algunos hongos.

• MONOSACÁRIDOS RAMIFICADOS: Se encuentra con frecuencia en hongos, limitándose a pocas especies en plantas superiores como por ejemplo: el perejil y la frángula.

Extracción de Monosacáridos:No se extraen directamente de los vegetales, sino se

obtienen por transformación de precursores de origen vegetal.

Así por ejemplo: la glucosa se obtiene por hidrólisis enzimática del almidón, mientras que la fructuosa se obtiene por hidrólisis de la inulina.

En farmacognosia la extracción de azúcares simples de las plantas no es de gran interés, ya que son compuestos comunes en todos los vegetales.

A modo de conocimiento, si se desea extraer azúcares simples presentes en un vegetal, esto se realiza a partir de material fresco con metanol o etanol con graduación intermedia (60-70°); después de filtrar, la solución se concentra con el fin de eliminar el alcohol.

Análisis de los Monosacáridos

Cromatografía en Papel (CP)

Cromatografía en Capa fina (CCF)

Cromatografía en Capa fina (CCF)

Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC)

Cromatografía de gases (CG)

MONOSACÁRIDOS DE INTERÉS EN

FARMACOGNOSIA

GLUCOSA

FRUCTUOSA GALACTOSA

• Se obtiene por hidrólisis química o enzimática a partir de la sacarosa.

• Se utiliza como soluciones isotónicas (5%).

• Se obtiene por hidrólisis de la Sacarosa.

• Se utiliza como edulcorante, dietas y nutrición parenteral.

• Forma parte de la lactosa de leche junto con la glucosa.

HOLÓSIDOS: OLIGOSACÁRIDOS

Son compuestos de estructura intermedia entre los monosacáridos y los polisacáridos.

Se encuentran repartidos de forma muy variable en la naturaleza, tanto libres como combinados con otras moléculas no glucídicas.

Son sustancias constituidas por dos o más unidades de monosacáridos, pero sin rebasar el límite d diez.

Están unidos por medio de enlaces osídicos, donde el hidroxilo hemiacetálico del carbono anomérico de un azúcar simple se une con otro hidroxilo del azúcar contiguo, con pérdida de una molécula de agua.

Enlace glucosídico

Disacárido

DISACÁRIDOS

Son los oligosacáridos más sencillos. Pueden ser reductores o no reductores, esto

depende de la forma como se encuentran unidos los dos azúcares.

Cuando el hidroxilo (α o β) del grupo reductor se une a otro azúcar contiguo que no sea el que porta el carbono anomérico, se habla de disacárido reductor.

Por el contrario, si el enlace se efectúa entre los hidroxilos hemiacetálicos de ambos azúcares simples, el disacárido pierde su poder reductor.

Análisis de Oligosacáridos:

Métodos colorimétricos, que permiten determinar el contenido total de carbohidratos o azúcares reductores .

Enzimas específicas permiten la cuantificación de un determinado oligosacárido en una mezcla de compuestos.

Cromatografía en columna de baja presión. HPLC. Cromatografía de gases o electroforesis. Para la identidad de cada uno de ellos se puede

confirmar por espectroscopia I.R., RMN y de Masas, sobre todo cuando se trata de disacáridos.

POLISACÁRIDOS

• Son sustancias compuestas por unidades de azúcares simples unidas entres sí por enlaces glucosídicos entre el grupo hidroxilo hemiacetal de uno de los azúcares, con el hidroxilo primario o secundario de la unidad adyacente, eliminándose moléculas de agua.

• Poseen un peso molecular muy elevado.• No cristalizan, no tienen sabor dulce, carecen de poder reductor,

y aunque son sustancias hidrofílicas, son poco solubles en agua debido a su elevado peso molecular.

• Se distinguen dos tipos de polisacáridos: Los homopolisacáridos formados por un solo tipo de monosacáridos y los heteropolisacáridos formados por dos o más tipos de monosacáridos.

• Un polisacárido se nombra sustituyendo la terminación “osa”, del azúcar que lo construye, por el sufijo “ana” o “ano” en el caso de tratarse de un homopolisacárido. Por ejemplo un polímero de unidades de galactosa se denominará “galactano” o “galactana”.

Clasificación:

Por su forma molecular:- Polisacáridos lineales.- Polisacáridos lineales sustituidos.- Polisacáridos ramificados.

Según su origen:- Animal: glucógeno, quitina, heparina, entre otros.- Plantas terrestres: Almidón, celulosa, pectinas, entre

otros.- Algas: Agar, carrageninas, alginatos.- Microorganismos: Dextranos, xantanos, lentinanos.

Extracción de Polisacáridos• Son extraíbles con agua, con la que en muchas ocasiones

forman geles, pero son insolubles en alcohol, acetona, piridina y otros solventes orgánicos.

• Al momento de la extracción se debe eliminar sustancias que lo acompañan como pueden ser pigmentos, otros glúcidos de bajo peso molecular o compuestos polihidroxilados.

• Luego de la extracción con agua se debe realizar algunos pasos alternativos como precipitación y solubilización utilizando diferentes agentes como por ejemplo alcohol y éter.

• Cromatografía de intercambio iónico.• Técnicas de hidrólisis parcial o total del polímero,

degradación alcalina, metilación y metanólisis, entre otros.• Cromatografía de gases y espectrometría de masas.

POLISACÁRIDOS DE INTERÉS EN FARMACOGNOSIA

ALMIDÓN:

Constituido fundamentalmente por homopolisacáridos a base de D-glucosa.

Formada por dos fracciones poliméricas: amilosa y amilopectina.

La amilosa esta formada por unidades de D-glucosa enlazadas en posición alfa (1 4).

La amilopectina tiene una estructura ramificada, con cadenas lineales alfa (1 4) y en determinados puntos están unidas entre sí mediante enlaces alfa (1 6)

Celulosa: Forma parte de la pared celular de los vegetales dándoles rigidez. Es un polisacárido lineal formado por unidades de D-glucosa,

ligadas en posición beta (1 -4). Su forma natural, pulverizada o microcristalina se utiliza como

diluyente en cápsulas o para la preparación de comprimidos como diluyente, disgregante o lubricante y antiadherente.

Inulina: Su cadena esta constituida por aproximadamente 35 unidades de

D-frutofuranosa, unidas entre sí por enlaces glucosídicos beta (1-2) con algún residuo de glucosa.

Son fuentes de inulina: Raíces de achicoria, diente de león, bubos de ajo y de la cebolla.

Sirve como fuente comercial de fructuosa, estudio de la velocidad de filtración glomerular en pruebas de diagnóstico in vivo.

Gomas: Polisacáridos heterogéneos. Exudados que desprenden algunos vegetales como consecuencia

de un traumatismo de índole diverso (bacteriano, fúngico, provocado por insectos u otros).

Son fluidos viscosos y pegajosos que pretenden sanar la herida inducida a la planta.

Tienen un elevado grado de ramificación en su estructura, y que portan ácidos urónicos y azúcares como la arabinosa, la ramnosa o la galactosa, pudiendo estar parcialmente metilados o acetilados.

Estos compuestos son solubles en agua, formando soluciones viscosas, y son insolubles en solventes orgánicos.

Ejemplo:- Goma arábiga.- Goma Tragacanto.- Goma Karaya o de Sterculia.

Mucilagos: Son polisacáridos heterogéneos, componentes celulares

normales presentes en el vegetal y no de origen patológico. Pueden sub clasificarse en neutros y ácidos. Los mucílagos neutros incluyen polisacáridos cuyo azúcar

mayoritario es la D-manosa, con unidades enlazadas en posición beta (1-4). Ejm. Glucomananos, galactomananos y galactoglucomananos; la goma garrofa o ceratonia y la goma guar son mucílagos neutros a pesar del apelativo “goma”, pues no son exudados del vegetal.

Los mucílagos ácidos están variablemente repartidos en los vegetales superiores; los más conocidos son las especies del genero Plantago, constituidos por un elevado contenido en xilosa y ácidos urónicos, además de otros azúcares acompañantes como la ramnosa, arabinosa o galactosa.

Pectinas: Se encuentran en la lámina media y en la pared primaria de la

célula vegetal. Constituida por cadenas lineales, con un bajo grado de

polimerización, compuesta por unidades de ácido galacturónico, enlazadas en posición alfa (1-4) con un resto de manosa intercalado, con o sin regularidad lo que hace que la cadena adquiera un aspecto de línea quebrada.

Algunos restos carboxílicos se encuentran metilados, y otros en forma de sal con iones mono o divalentes (K+, Na+, Ca++).

Esta cadena principal en “zig - zag” generalmente está constituida en C4 de los restos de ramnosa por arabinanos y galactanos.

En solución acuosa, las sustancias pectídicas originan geles.

POLISACÁRIDOS DE LAS ALGAS MARINAS• Poseen mayor presencia de polisacáridos polianiónicos sobre los

neutros.• Contienen polisacáridos sulfatados.

Encontramos:a) Agar: Se extrae de gran número de algas rojas.b) Carrageninas: Se extraen de las algas rojas. Son galactanos

sulfatados .c)Alginatos: Se extrae de las algas pardas.