Biomoléculas: los carbohidratos

Terrones de azúcar. Foto: Uwe Hermann (Flickr Creative Commons).

Los carbohidratos —también llamados hidratos de carbono o sacáridos— son uno de los grandes grupos de biomoléculas que estudia la bioquímica. Otros grandes grupos de biomoléculas son las proteínas, los ácidos nucleicos y los lípidos.

A menudo, cuando oímos la palabra carbohidrato, pensamos en energía, pues nos hemos acostumbrado a considerar estos compuestos esencialmente como combustibles biológicos. Es cierto que el papel de los carbohidratos en el metabolismo energético es tan importante que se considera que el principal ciclo energético de la biosfera depende en buena medida del metabolismo de los hidratos de carbono. Pero, desde el punto de vista bioquímico, los carbohidratos son una amplia familia de compuestos que desempeñan una gran variedad de funciones en los organismos vivos, no todas relacionadas con el uso de energía.

Entre las principales funciones biológicas de los carbohidratos cabe mencionar, a manera de ilustración:

• Desde luego, su papel en el metabolismo energético. Algunos carbohidratos —como la glucosa, por ejemplo— sirven, efectivamente, como combustible de utilización inmediata para producir energía. Otros —como el almidón en las plantas y el glucógeno en los animales— sirven para almacenar energía químicamente y usarla en algún momento futuro.
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  La fotosíntesis es el proceso que ocurre en las plantas verdes mediante el cual se sintetizan compuestos orgánicos a partir del agua y del dióxido de carbono utilizando la energía solar absorbida por pigmentos como la clorofila. La fotosíntesis es esencial para la existencia de todas las demás formas de vida, con la excepción de las bacterias fotosintéticas y quimiosintéticas. La mayor parte de la fotosíntesis que tiene lugar en el planeta la efectúan las algas marinas. En las plantas se realiza en los cloroplastos. La fotosíntesis convierte la energía lumínica en energía química.

  Luego, tenemos sus funciones estructurales. El polisacárido llamado quitina, por ejemplo, forma parte de la estructura de los hongos o de los exoesqueletos de los insectos y otros artrópodos. La celulosa —otro polisacárido— tiene importante papel estructural en las plantas leñosas. Hay también carbohidratos que tienen función estructural en las paredes celulares de las bacterias.

• Hay carbohidratos que se combinan de manera covalente con las proteínas y los lípidos complejos sobre las superficies celulares, e intervienen en los procesos de marcado y reconocimiento molecular. Estos procesos son esenciales para la unión de los virus o los anticuerpos a determinadas células.
• Los monosacáridos ribosa y desoxirribosa, en tanto componentes de los ácidos nucleicos, tienen funciones estructurales; además, la desoxirribosa interviene en procesos catalíticos.
• El monosacárido d-sedoheptulosa, presente en muchas plantas, es intermediario en el ciclo de Calvin en la fotosíntesis.

En cuanto a su composición, los carbohidratos pueden ser desde muy sencillos hasta muy complejos. Los carbohidratos más sencillos son los monosacáridos; tienen una sola unidad molecular formada por un grupo funcional aldehído o cetona y cierto número de grupos hidroxilo. En el otro extremo encontramos polisacáridos tan complejos como los glucosaminoglucanos, que forman parte del tejido conjuntivo y la piel de los vertebrados. De acuerdo con su complejidad, los carbohidratos se clasifican en tres grandes grupos: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Modelo de la molécula de la sacarosa. Autor: Rob Hooft (Wikimedia Commons).

Los monosacáridos, como ya dije, tienen una sola unidad molecular. Su fórmula empírica es (CH₂O)_n, donde n vale 3 o más. Los monosacáridos más sencillos son, justamente, las triosas: el gliceraldehído y la dihidroxiacetona. Conforme el valor de n aumenta, tenemos las tetrosas, las pentosas, las hexosas, etc. Algunos de los azúcares más conocidos —por ejemplo, la fructosa y la galactosa— son hexosas.

Los oligosacáridos son carbohidratos formados por la unión de entre 2 y 9 monosacáridos (hasta 20, según algunos autores). Entre los oligosacáridos, los más sencillos son los disacáridos. En éstos se unen dos monosacáridos, mediante lo que se llama enlace glucosídico, para formar un nuevo carbohidrato. Por ejemplo, la sacarosa —el azúcar de mesa— está formada de glucosa y fructosa, en tanto que la lactosa —el azúcar de la leche— está formada por galactosa y glucosa. Dos moléculas de glucosa pueden unirse para formar una de maltosa.

La quitina —polisacárido formado por un gran número de unidades de N-acetilglucosamina— fue descubierta en 1811 por el científico francés Henri Braconnot, quien la aisló de hongos. Doce años después, Antoine Odier encontró la misma sustancia en cutículas de insectos y le dio el nombre quitina, a partir del terminó griego que significa túnica o cubierta. Imagen: cigarra fotografiada por Koppenbadger (Flickr Creative Commons).

Los polisacáridos son grandes moléculas formadas por la unión de un gran número de moléculas de monosacáridos unidas entre sí por enlaces glucosídicos. Se acostumbra considerar polisacárido a un polímero formado por 10 o más monosacáridos unidos por distintos enlaces glucosídicos, pues, como dije arriba, los compuestos de menos de 10 monosacáridos (entre 2 y 9) son los oligosacáridos. Pese a esta distinción convencional, lo cierto es que la gran mayoría de los polisacáridos naturales contienen cientos de monómeros y, a veces, miles. El glucógeno, por ejemplo, se compone de unas 60,000 unidades de glucosa.

Para concluir esta breve descripción del tema, vale la pena mencionar que más de la mitad de las proteínas de los organismos eucariotas tienen unidas cadenas de oligosacáridos o polisacáridos. A estas proteínas las llamamos glucoproteínas. Dos ejemplos son la proteína anticongelante de los peces (que baja el punto de congelación de los líquidos corporales) y la inmunoglobulina G (IgG) humana, anticuerpo humoral presente en la sangre, el líquido cefalorraquídeo y el líquido peritoneal.

Referencia

Ahern, Kevin G.; Mathews, Christopher K.; van Holde, K. E. (2002). Bioquímica (tercera edición). Madrid: Addison-Wesley.