Hidratos de carbono Generalidades, monossacáridos y sus derivados

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CAPÍTULO 1 
HIDRATOS DE CARBONO. GENERALIDADES. 
MONOSACÁRIDOS Y SUS DERIVADOS
Battaner, Arias, Enrique. Biomoléculas. Una introducción estructural a la bioquímica, Ediciones Universidad de Salamanca, 2012. ProQuest Ebook Central,
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BIOMOLÉCULAS · Enrique Battaner Arias 
1.1. DEFINICIÓN
Se trata de un importante grupo de biomoléculas que, entre otros, ha recibi-
do los siguientes nombres:
- Hidratos de carbono o carbohidratos (por su fórmula general C
n
(H
2
O)
m
).
- Glícidos o glúcidos (del griego γλυκυς, dulce).
- Sacáridos (del latín saccharum, azúcar, y a su vez del sánscrito sakhar, 
caña de azúcar).
Hidratos de carbono es un nombre incorrecto desde el punto de vista quími-
co, y la fórmula general C
n
(H
2
O)
m
 describe únicamente a una pequeña parte de 
estas moléculas. Desde luego, pocos son los que tienen sabor dulce; y el azúcar 
común es solo uno entre los centenares de compuestos distintos que pueden 
ser clasificados en este grupo. Adoptaremos indistintamente el primero (hidratos 
de carbono) y el segundo (glúcidos), aunque el primero probablemente sea el 
más utilizado en medios de habla española (de hecho es el nombre reconocido 
por la R.A.E.) y es el que más se aproxima a la denominación usual en inglés, 
carbohydrates.
Una descripción química de estos compuestos podría formularse de la si-
guiente manera:
- Polihidroxialdehidos y polihidroxicetonas, es decir, compuestos polihidroxicar-
bonílicos; 
- Sus derivados por oxidación, reducción y sustituciones diversas;
- Oligómeros y polímeros de estos compuestos formados por aposición sucesiva 
de unidades mediante el llamado enlace glicosídico.
Esta definición no describe un importante aspecto de los hidratos de car-
bono. Con gran frecuencia estos compuestos aparecen unidos covalentemente 
a otras biomoléculas, formando glicolípidos, glicoproteínas (conjugados entre 
proteínas y glúcidos en los que la parte proteica es porcentualmente mayor), 
proteoglicanos (conjugados en los que la proteína es minoritaria) y peptidogli-
canos (compuestos complejos que aparecen en la pared celular bacteriana, con 
estructura glicídica y peptídica); todos los cuales reciben el nombre genérico de 
glicoconjugados.
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1.2. FUNCIONES BIOLÓGICAS GENERALES
Encontramos hidratos de carbono en los seres vivos cumpliendo, en general, 
alguna de las siguientes funciones:
A. Energéticas. Los hidratos de carbono representan en el organismo el com-
bustible de uso inmediato. Por término medio, la combustión de 1 g de hidrato 
de carbono produce unas 4 kcal (16 kJ). Los organismos producen rápidamente 
energía degradando los hidratos de carbono anaeróbicamente (en un proceso 
de fermentación) o bien de una forma ligeramente más lenta, pero mucho más 
eficiente, en presencia de oxígeno (aeróbicamente) en el proceso que llamamos 
respiración. No se detiene aquí el significado energético de los hidratos de car-
bono. Hidratos de carbono son las reservas energéticas de movilización rápida 
en muchos organismos (como el glucógeno en el organismo animal, o el almi-
dón y la sacarosa en vegetales). Y por otra parte, la energía solar fijada por el 
proceso de fotosíntesis en las plantas y otros organismos se emplea primordial-
mente en la síntesis de hidratos de carbono.
B. Estructurales. Las paredes celulares de los organismos que las poseen 
(plantas, hongos y bacterias) están invariablemente constituídas por hidratos de 
carbono o derivados de los mismos. En este sentido es interesante hacer notar 
que la molécula orgánica más abundante de toda la biosfera es un hidrato de 
carbono que forma parte de la pared celular de las células vegetales, la celulo-
sa. No es este el único ejemplo de hidrato de carbono que cumple una función 
estructural. Así, tenemos el peptidoglicano de la pared celular de eubacterias; 
el exoesqueleto de los Artrópodos también está formado en gran parte por el 
polisacárido quitina (el cual también aparece en paredes celulares de hongos), 
y las matrices de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo, cartilagino-
so) están constituídas por polisacáridos nitrogenados (los glicosaminoglicanos o 
mucopolisacáridos).
C. Informativas. El transporte de información no es una función exclusiva de 
los ácidos nucleicos o las proteínas. Existen unas interesantísimas funciones de in-
formación ligadas a los hidratos de carbono, y en particular a los glicoconjugados 
carbohidratolípido (glicolípido) o carbohidratoproteína (glicoproteína), de tal ma-
nera que en los mismos la parte glicídica representa una señal de reconocimiento 
en superficie, o en expresión más coloquial, una «marca de fábrica» o «señal de 
destino». Así, tras la síntesis de una proteína por el aparato ribosómico de la célula, 
hay sistemas enzimáticos localizados en estructuras especializadas (el retículo en-
doplásmico y el aparato de Golgi) que «marcan» la proteína con un oligosacárido 
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que indica cuál ha de ser el destino final de la misma (secretada al exterior, des-
tinada a una organela celular determinada, etc.). Igualmente, el complemento 
glicídico de los glicolípidos y de las glicoproteínas de la membrana representa 
una información situada en la parte exterior de la célula que opera en el reco-
nocimiento de otras células, de efectores hormonales, de anticuerpos, de virus, 
etc. Estos fenómenos de reconocimiento en superficie, mediados por hidratos 
de carbono, parecen tener asimismo una importante función en el desarrollo 
ontogénico de los organismos pluricelulares.
Considerando a los hidratos de carbono desde un punto de vista evolutivo, 
filogenético, la función más general es sin lugar a dudas la energética. Todas las 
células vivas conocidas son capaces de degradar fermentativamente la glucosa 
para producir energía, lo cual indica la antigüedad filogenética de esta función. 
Además, la fermentación de la glucosa es un proceso básicamente idéntico en 
todas las células, diferenciándose únicamente en los productos finales, pero 
no en los intermedios. Esto indica que el antecesor común a todas las células 
vivientes hoy día era capaz de fermentar glucosa. Hoy día se piensa que las pri-
meras células vivientes producían la energía necesaria gracias a la fermentación 
de la glucosa en un ambiente desprovisto de oxígeno, o bien la captaban en 
procesos quimioautotróficos distintos a la fotosíntesis actual. Con posterioridad, 
la evolución produjo células capaces de fijar la energía solar descomponiendo 
el agua y dando lugar a oxígeno como producto de desecho. A su vez, esto 
determinó la aparición de sistemas enzimáticos capaces de aprovecharlo en pro-
cesos respiratorios productores de energía, con mucha mayor eficiencia que los 
fermentativos. Pero los seres vivos tuvieron que desarrollar simultáneamente sis-
temas de protección contra el propiooxígeno, elemento cuya reactividad hace 
que sea muy tóxico para todas las estructuras biológicas. No obstante, hemos de 
tener una cierta cautela ante este tipo de «escenarios» evolutivos.
Desde otro punto de vista, cabe preguntarse por qué los hidratos de car-
bono se han impuesto evolutivamente como el combustible de uso inmediato 
para la obtención de energía por parte de las células. Los hidratos de carbono 
(polihidroxicarbonilos) son compuestos con el suficiente grado de reducción 
como para resultar buenos combustibles, pero la presencia en sus moléculas de 
funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten una interacción con el 
agua que otras biomoléculas más reducidas (y por tanto, mejores combustibles 
en principio) no pueden tener. En nuestra vida cotidiana utilizamos generalmen-
te como combustibles hidrocarburos derivados del petróleo. Hasta cierto punto, 
podemos considerar a los ácidos grasos como las biomoléculas más parecidas a 
estos. Sin embargo, su escasa o nula solubilidad en agua impide un transporte 
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rápido ante necesidades energéticas cambiantes como las que podemos encon-
trar en los seres vivos. Por ello, los ácidos grasos son también fuente energética, 
pero de uso diferido y subsidiario al papel energético de los hidratos de carbono.
En cuanto a su función estructural, se trata sin duda de una adquisición 
filogenética también muy antigua, pero no tan generalizada como la desarro-
llada por los lípidos. Con las excepciones de rigor, el papel estructural de los 
hidratos de carbono se desarrolla allá donde sean necesarias matrices hidrófilas, 
capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón 
con una cierta resistencia mecánica. En este sentido, un papel particularmente 
evolucionado aparece en los polisacáridos de los tejidos de sostén animales o 
glicosaminoglicanos. Dan lugar a matrices fuertemente hidrófilas pero con inte-
resantísimas propiedades mecánicas. Por otra parte, el complemento glicídico de 
las glicoproteínas presentes en la membrana celular, que se proyecta invariable-
mente hacia el exterior, cumple al parecer un papel estabilizador de la estructura 
de aquella.
En principio se pensaba que las funciones de reconocimiento en superficie 
desarrolladas por los hidratos de carbono eran una adquisición filogenética pro-
pia de la célula eucariótica, capacitada para formar agregados pluricelulares que 
requieren un reconocimiento específico de estructuras propias y ajenas. Esta es 
un función principalmente ligada a los hidratos de carbono de la superficie celu-
lar (glicolípidos y glicoproteínas). Ahora bien, se ha podido comprobar que es-
tas estructuras pueden aparecer en Arqueas y en Bacterias, donde posiblemente 
cumplen una función estructural.
1.3. CLASIFICACIÓN
Si adoptamos un punto de vista sistemático ante la clasificación de los hidra-
tos de carbono, el criterio clave es la presencia o no de enlaces glicosídicos. Con 
este nombre conocemos una unión acetálica:
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Estos enlaces son fácilmente hidrolizados por ácido. Las unidades no hidro-
lizables suelen ser compuestos de 3 a 9 átomos de carbono, con las funciones 
carbonilo (aldehido o ceto) y dos o más funciones alcohólicas, sin perjuicio de 
la posible presencia de otros grupos, como amino, amino N-sustituido, fosfo-
monoéster, etc.. Estas unidades no hidrolizables reciben el nombre de osas. Las 
osas pueden unirse a otros grupos a través de enlace glicosídico, en cuyo caso 
hablamos de ósidos.
A su vez, los ósidos pueden estar constituídos por un número variable de 
osas unidas por enlace glicosídico, dando lugar a holósidos. Si el número de osas 
que constituyen el holósido es relativamente pequeño, hablamos de oligósidos; 
si es grande, de poliósidos. En estos últimos se distinguen dos clases: homopo-
liósidos, cuando todas las osas constituyentes son iguales, y heteropoliósidos 
cuando son de diferente tipo.
Si el ósido consiste en una osa unida a un grupo molecular diferente a través 
de un enlace glicosídico, hablamos de heterósidos.
Ahora bien, quizá sea más interesante para nosotros utilizar una clasificación 
menos sistemática, pero un poco más intuitiva, a efectos sobre todo de emplear 
una nomenclatura más consagrada por el uso en los distintos laboratorios y que 
como es obvio se refleja en la bibliografía bioquímica. Según esta clasificación, 
los hidratos de carbono pueden ser encuadrados en las categorías de monosa-
cáridos, glicósidos, oligosacáridos y polisacáridos.
A. Monosacáridos
Son una sola unidad polihidroxicarbonílica, y equivale a osa en la nomencla-
tura sistemática. Dependiendo de que el grupo carbonilo sea aldehido o ceto, 
los monosacáridos pueden ser aldosas o cetosas. Si a esta clasificación añadimos 
el número de átomos de carbono que entran en la cadena, hablaremos por ejem-
plo de cetopentosas (el carbonilo es un grupo ceto y hay cinco átomos de carbo-
no), aldotriosas (el carbonilo es un aldehido y hay tres átomos de carbono), etc.
Alternativamente, otro sistema de denominación utiliza el número de átomos 
de carbono como prefijo y los sufijos osa y ulosa para denominar aldosas y ceto-
sas, respectivamente. Así, pentosa equivaldría a aldopentosa en la nomenclatura 
del párrafo anterior, y pentulosa a cetopentosa.
Consideramos también como monosacáridos todos los derivados de estos, 
bien sea por oxidación, reducción o sustitución.
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B. Glicósidos
Son compuestos formados por un monosacárido u osa unido por enlace 
glicosídico a un grupo molecular que no es otro monosacárido y que en este 
caso se conoce genéricamente como aglicona. En la clasificación sistemática es 
lo que llamamos heterósidos. En general, la solubilidad en agua de los monosa-
cáridos es buena; y la formación de glicósidos, como veremos, es una solución 
biológica ampliamente utilizada para resolver el problema de transportar grupos 
moleculares poco solubles a través de medios acuosos. 
C. Oligosacáridos
Un número limitado de monosacáridos unidos entre sí por enlace glicosídico 
constituyen lo que llamamos oligosacárido (oligósido en la clasificación sistemá-
tica). De forma un tanto arbitraria, podemos considerar como oligosacáridos los 
constituídos por menos de veinte monosacáridos.
D. Polisacáridos
Son polímeros de monosacáridos unidos a través de enlace glicosídico, con 
grados de polimerización muy altos, llegando incluso a decenas de miles de mo-
léculas. Podemos hablar también de homopolisacáridos cuando todas sus unida-
des constituyentes son iguales y de heteropolisacáridos cuando son distintas. En 
este último caso, los heteropolisacáridos constangeneralmente de dos tipos de 
unidades que se alternan en forma de copolímero ABABABABA...
1.4. ESTUDIO DE LA GLUCOSA
Es el monosacárido más abundante de toda la naturaleza. Se encuentra como 
tal en el zumo de uva, en el suero sanguíneo y en el medio extracelular. For-
mando parte de oligosacáridos o polisacáridos, aparece prácticamente en todos 
los hidratos de carbono de reserva energética (almidón, glucógeno, sacarosa) o 
estructurales (celulosa). El metabolismo energético se articula en gran parte en 
torno al metabolismo de la glucosa, de tal manera que todos los seres vivos son 
capaces de obtener energía a partir de glucosa. En nuestro organismo hay célu-
las (hematíes y neuronas, por ejemplo) que solamente pueden obtener energía 
a partir de glucosa, no valiendo otros compuestos. Así, una interrupción pro-
longada del suministro de glucosa a las células cerebrales puede comprometer 
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gravemente su funcionalidad. Por todas estas razones utilizaremos la glucosa 
como modelo de estudio de los demás monosacáridos.
1.4.1. Composición química
El análisis elemental de la glucosa da como resultado el siguiente: carbono, 
40 %; oxígeno, 53.33 %; hidrógeno, 6.66 %. De aquí deducimos fácilmente una 
fórmula empírica para la glucosa (CH
2
O)
n
. Por otro tipo de evidencia, sabemos 
que su peso molecular es 180; por lo tanto, n = 180/(12+2+16) = 6. De ahí que 
la fórmula molecular de la glucosa es C
6
H
12
O
6
.
1.4.2. Constitución química y grupos funcionales
- La reducción con yoduro de hidrógeno de la glucosa da lugar a nhexano. 
Por ello sabemos que los seis carbonos están unidos en cadena lineal no 
ramificada.
- Adiciona un mol de CNH para formar una cianhidrina; tiene, pues, un grupo 
aldehido CHO. La oxidación suave de glucosa con bromo en solución acuosa 
da ácido glucónico sin pérdida de átomos de carbono, lo que demuestra tam-
bién la presencia de un grupo aldehido.
- Fija cinco equivalentes de acetilo al ser tratada con anhidrido acético; por ello 
sabemos que tiene cinco funciones alcohólicas además del aldehido. Por estas 
razones asignamos a la glucosa una fórmula semidesarrollada como la siguiente:
CH
2
OH(CHOH)
4
-CHO
Es decir, constituída por un alcohol primario, cuatro alcoholes secundarios y 
un aldehido. Los átomos de la glucosa se numeran de 1 a 6 empezando por el 
aldehido.
1.4.3. Configuración; introducción a la isomería óptica
Con el nombre de configuración se entiende la disposición espacial de todos 
los átomos en una molécula. La configuración absoluta se expresa asignando un 
conjunto de coordenadas cartesianas (x,y,z) a cada uno de los átomos integran-
tes. La configuración es un concepto íntimamente relacionado con la isomería 
óptica.
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1.4.3.1 Concepto de actividad óptica
La constitución química de la glucosa nos permite ver que pertenece al con-
junto de las aldohexosas, es decir, monosacáridos de seis átomos de carbono y 
un grupo aldehido. A este mismo conjunto pertenecen otros monosacáridos de 
gran importancia biológica, como galactosa o manosa.
Hasta ahora hemos hablado de glucosa; pero sería más correcto denominarla 
D-(+)-glucosa. Vamos a examinar brevemente por qué.
La glucosa que aparece en fuentes naturales (por ejemplo, en el zumo de uva, 
en la sangre, como producto de hidrólisis del almidón o celulosa, etc.) cuando 
está en solución, desvía hacia la derecha el plano de la luz polarizada. De aque-
llos compuestos capaces de desviar el plano de la luz polarizada decimos que 
son ópticamente activos. La actividad óptica se mide en solución mediante un 
instrumento denominado polarímetro, cuyo esquema aparece en la figura 1.1. 
Figura 1.1.
Por otra parte, la actividad óptica se debe a la presencia de carbonos asimé-
tricos. Los compuestos que, como la glucosa, desvían hacia la derecha el plano 
de la luz polarizada, se llaman dextrógiros o dextrorrotatorios, y esta caracte-
rística se denota anteponiendo el signo (+) al nombre del compuesto. Los que 
desvían el plano de polarización de la luz hacia la izquierda se llaman levógiros 
o levorrotatorios, y se distinguen con el signo (-) precediendo al nombre del 
compuesto.
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1.4.3.2. Isomería en torno a un carbono asimétrico; enantiómeros
Repasemos ahora el concepto de carbono asimétrico. Los orbitales de va-
lencia del átomo de carbono presentan hibridación sp
3
. La hibridación de un 
orbital 2s con tres orbitales 2p da lugar a cuatro orbitales equivalentes sp
3
, que 
se disponen en el espacio en la dirección de los cuatro vértices de un tetraedro 
regular. Cada orbital está ocupado por un solo electrón, por lo cual el carbono 
puede formar cuatro enlaces covalentes con otros tantos átomos o grupos ató-
micos. Estos átomos que se combinan con el carbono, por consiguiente, se dis-
ponen en torno a este según los vértices de un tetraedro regular en cuyo centro 
está el átomo de carbono. Supongamos que se trata de cuatro grupos atómicos 
diferentes que vamos a llamar 1, 2, 3 y 4. Tal y como se aprecia en la figura 
1.2, existen dos formas distintas (y solo dos) de colocar los cuatro sustituyentes 
en los vértices del tetraedro; cada una de las formas es la imagen especular de 
la otra, pero no son superponibles, porque no son iguales; les ocurre como a la 
mano derecha con la mano izquierda.
Figura 1.2.
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Una pareja así constituída recibe el nombre de par enantiomérico, y llama-
mos enantiómero a cada uno de sus constituyentes. En el caso de grupos que 
sustituyen a un carbono saturado, basta con intercambiar dos cualesquiera de 
ellos para obtener el otro enantiómero. En general, los compuestos que se dife-
rencian por la disposición de grupos atómicos en torno a un carbono asimétrico, 
reciben el nombre de isómeros ópticos. La disposición espacial de los átomos en 
una molécula, recibe el nombre de configuración.
El compuesto llamado gliceraldehido consta de un solo carbono asimétrico y 
por lo tanto se presenta en dos formas enantioméricas. 
El carbono asimétrico es el 2; recuérdese que la numeración de estos com-
puestos se suele hacer de modo que el grupo con mayor prioridad (en este caso 
el aldehido) tenga el menor valor posible;en este caso, el 1. El grupo hidroxi-
metilo terminal corresponde, pues, al carbono 3.
Una de ellas desvía hacia la derecha el plano de polarización de la luz 
y otra hacia la izquierda. La primera recibe el nombre de (+)-gliceraldehido, y 
la otra el de (-)-gliceraldehido, enantiómeros a los que en principio, y en razón 
del signo de la desviación del plano de la luz polarizada, se les dio respectiva-
mente el nombre de D-gliceraldehido (D de dextro-) y L-gliceraldehido (L de 
levo-). Ahora bien, como veremos, los prefijos D- y L-, en los restantes mono-
sacáridos, no indican el signo de la desviación, sino su parentesco estructural 
con el D- y con el L-gliceraldehido.
1.4.3.3. La proyección de Fischer
Dada la imposibilidad de representar estructuras tridimensionales sobre el 
plano del papel, lo que habitualmente se hace es proyectarlas. Una de las pro-
yecciones más utilizadas en la química de hidratos de carbono es la proyec-
ción de Fischer. En la figura 1.3 aparecen las dos formas enantioméricas del 
gliceraldehido representadas de esta manera. En el D-(+)-gliceraldehido el -OH 
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que sustituye al carbono 2 se representa a la derecha del carbono; en el L-(-)-
gliceraldehido, se representa a la izquierda. Cuando representamos cualquier 
monosacárido en proyección de Fisher, un -OH hacia la derecha del carbo-
no asimétrico significa que tiene la misma configuración que el carbono 2 del 
D-(+)-gliceraldehido. 
En la figura 1.3 se muestra asimismo la equivalencia de esta proyección con 
la configuración real en el espacio de estos grupos atómicos. Para observar la 
configuración, colocamos el modelo de la molécula de forma que el grupo alde-
hido esté hacia arriba y hacia atrás del plano del papel, y el grupo hidroximetilo 
hacia abajo y hacia atrás. En esa posición, el hidroxilo que sustituye al carbono 
2 estará a la derecha del observador y por delante del plano del papel en el caso 
del enantiómero D-.
Figura 1.3.
Fijémonos en el D-(+)gliceraldehido y su proyección (figura 1.3). Todos los 
monosacáridos en los que la configuración en torno al último carbono asimé-
trico es igual a la del D-(+)gliceraldehido conforman la llamada serie D; si fuera 
igual a la del L-(-)-gliceraldehido, conformarían la serie L. Nótese que los prefijos 
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D y L no significan, en ningún caso (excepción hecha del gliceraldehido), dex-
tro o levorrotarorio, sino la serie estereoisomérica a que pertenecen los monosa-
cáridos. La fructosa natural, un monosacárido muy abundante en los zumos de 
fruta, es levógira y sin embargo pertenece a la serie D; su nombre se representa 
como D(-)fructosa. La glucosa natural, que también pertenece a la serie D, es la 
D(+)glucosa. Por ser dextrógira recibe también con cierta frecuencia el nombre 
de dextrosa (y por una razón similar, a la fructosa se la conoce como levulosa).
Conviene asimismo darnos cuenta de que la proyección de Fischer nada tie-
ne que ver con la forma real de la molécula. Para ello, veamos la estructura y la 
configuración absoluta de la D-eritrosa (figura 1.4). En la proyección de Fischer, 
los dos hidroxilos se representan a la derecha de los carbonos respectivos. En el 
modelo, podemos ver que los hidroxilos aparecen en lados contrarios. Pero ro-
tando debidamente la molécula en el plano vertical, podemos ver que en ambos 
carbonos, la configuración es idéntica a la del D-gliceraldehido.
Figura 1.4.
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1.4.3.4. La nomenclatura de Cahn, Ingold y Prelog
Nombrar como D- o L- una determinada configuración es un procedimien-
to arbitrario que requiere una definición previa (por ejemplo, la posición que 
hemos adoptado convencionalmente en el párrafo anterior). Existe una nomen-
clatura para carbonos quirales, la de Cahn, Ingold y Prelog, en la cual no es 
necesario definir ninguna posición arbitraria. Las configuraciones en esta no-
menclatura son R- (del lat. rectus, derecho) o S- (del lat. sinister, izquierdo). Esta 
nomenclatura es la recomendada internacionalmente; por ello haremos un breve 
repaso de la misma (si el lector necesita más detalles, se le remite a cualquier 
texto de Química Orgánica).
En la nomenclatura de Cahn, Ingold y Prelog, los grupos que sustituyen a 
un carbono asimétrico se clasifican según su prioridad. La prioridad viene dada, 
ante todo, por el número atómico de los átomos unidos directamente al carbono 
quiral. En el caso del gliceraldehido, la prioridad es -OH>CHO>CH
2
OH>H. Así, 
la prioridad máxima corresponde al oxígeno alcohólico unido directamente al 
carbono 2 (enlace C-O). A continuación tenemos dos enlaces C-C (al aldehido y 
al hidroximetilo). En este caso, es de mayor prioridad al aldehido dado que en 
este el carbono está unido al oxígeno por un doble enlace (lo que se considera 
como si fuera un carbono unido a dos oxígenos). El grupo de menor prioridad 
es, obviamente, el hidrógeno. Si entonces colocamos la molécula de forma que 
el grupo de menor prioridad esté lo más alejado posible del observador, vere-
mos los otros tres grupos formando un triángulo (figura 1.5). Si para ir del grupo 
con mayor prioridad al de menor prioridad seguimos una trayectoria en sentido 
horario, se tratará de una configuración R-; si la trayectoria es en sentido antiho-
rario, una configuración S-. El D-(+)-gliceraldehido es, en dicha nomenclatura, el 
2R-gliceraldehido; el L-(-)-gliceraldehido, es el 2S-gliceraldehido. 
Ahora bien, a pesar de sus indiscutibles ventajas, la nomenclatura de Cahn-
Ingold y Prelog no está generalizada ni mucho menos en Bioquímica, donde 
seguimos aferrados a las denominaciones D- y L-. 
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Figura 1.5.
1.4.3.5. Series isoméricas
Los nombres D y L aplicados a la descripción sistemática de los monosacári-
dos proceden, como ya se dijo arriba, de su parentesco estructural con el D o el 
Lgliceraldehido. Una reacción muy importante en la química de los monosacári-
dos es la de formación de cianhidrinas. Al tratar una aldosa con CNH se añade 
al grupo aldehido un grupo CN, incrementándose en un átomo de carbono la 
cadena del monosacárido. La hidrólisis de la cianhidrina da el correspondiente 
ácido aldónico:
Con ello el aldehido primitivo se transformaen alcohol secundario, creándo-
se un nuevo centro de asimetría con lo que se produce una pareja de aldosas 
epímeras (se llaman epímeros los compuestos que difieren en la configuración 
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en torno a un solo átomo de carbono). Pues bien, todos los monosacáridos 
que proceden del Dgliceraldehido por aplicación de esta reacción, conforman 
la serie D; los que proceden de Lgliceraldehido, la serie L. Por ello, todos los 
monosacáridos de la serie D tienen el último carbono asimétrico con la misma 
configuración que el Dgliceraldehido, así como los de la serie L la tienen como 
el Lgliceraldehido. La figura 1.6 presenta las configuraciones de la serie D de las 
aldosas en proyección de Fischer.
Figura 1.6.
La constitución química de la glucosa nos hace ver que cuatro de sus carbo-
nos (los alcoholes secundarios -CHOH-) son asimétricos. El número de isómeros 
ópticos posible en un compuesto es 2n, siendo n el número de carbonos asimé-
tricos. Por tanto, la glucosa pertenece a un conjunto de 24 =16 isómeros ópti-
cos. 8 pertenecerán a la serie D (entre ellos la glucosa natural, Dglucosa) y sus 
enantiómeros respectivos darán lugar a la serie L. La configuración de los cuatro 
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centros de asimetría de la glucosa fue establecida por Emil Fischer (1852-1919) 
mediante una brillante serie de experimentos que dieron lugar a las siguientes 
configuraciones absolutas:
En el caso de la D-glucosa, esta estructura nos muestra que los carbonos 2, 
4 y 5 tienen la misma configuración que el D-gliceraldehido (y por tanto se re-
presentan a la derecha del carbono correspondiente) mientras que el carbono 3 
tiene la misma configuración que el L-gliceraldehido (y por ello se representa a 
la izquierda del correspondiente carbono).
Ahora bien, estas configuraciones se refieren a las formas abiertas de las al-
dosas. Pero en la naturaleza estas se presentan habitualmente en formas cíclicas, 
que estudiaremos a continuación.
1.4.3.6. Estructura cíclica de la glucosa y de los monosacáridos
La representación de la glucosa en proyecciones lineales, como la de Fischer, 
no explica todas las características químicas de la glucosa.
- La glucosa no da todas las reacciones propias de los aldehidos. Por ejemplo, no 
da el color púrpura propio de estos grupos con el reactivo de Schiff; ni muestra 
la banda característica de absorción en el ultravioleta propia de los compuestos 
carbonílicos cuando está en solución.
- Pero además, las soluciones de Dglucosa presentan el fenómeno de muta-
rrotación. Consiste este en la variación de la rotación del plano de polari-
zación de la luz con el tiempo desde que entra en solución hasta que se 
estabiliza en +52.7°. Este fenómeno está relacionado con el hecho de que 
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se pueden aislar dos formas diferentes de D-(+)-glucosa. Una, llamada for-
ma α, cristaliza como hidrato a partir de alcohol al 70 % a menos de 30 °C, 
con una rotación específica de +112°; otra, llamada forma β, cristaliza a par-
tir de soluciones acuosas calentadas a 98 °C, con una rotación específica de 
+18.7°. Cuando se disuelve en agua cualquiera de las dos formas, la rotación 
de la solución va variando con el tiempo (esto es, mutarrota) hasta alcanzar el 
valor de equilibrio antes citado de +52.7°.
Estos datos experimentales pueden explicarse si suponemos que la gluco-
sa en solución forma una estructura de hemiacetal cíclico, apareciendo así un 
nuevo centro de asimetría en el carbono 1; las formas α y β son las dos confi-
guraciones opuestas que adopta el -OH hemiacetálico: forma α la que presenta 
configuración D- y forma β la que tiene configuración L-:
Esto explica que la glucosa no dé todas las reacciones propias de los alde-
hidos, puesto que en realidad se trata de un hemiacetal. La mutarrotación se 
explica por el establecimiento de un equilibrio en solución entre las formas α y 
β con el intermedio de la forma abierta. Las formas α y β reciben el nombre de 
formas anoméricas, ya que se establecen sobre el carbono anomérico o reduc-
tor. En la glucosa, el hemiacetal forma normalmente un anillo de seis átomos 
(cinco carbonos y un oxígeno). La estructura así formada recibe el nombre de 
D-glucopiranosa por semejanza con el anillo del éter cíclico pirano. Cabe la 
posibilidad de formar anillos de cinco átomos (cuatro carbonos y un oxígeno, 
como ocurre en las aldopentosas) en cuyo caso se añade al nombre radical del 
azúcar el sufijo -furanosa por semejanza con el éter cíclico furano; por ejemplo, 
D-ribofuranosa, D-fructofuranosa, etc. (figura 1.7). 
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Figura 1.7. 
Piranosas y furanosas pueden representarse mediante fórmulas en proyec-
ción de Fischer; pero de forma habitual lo hacemos con fórmulas en perspectiva 
de Haworth:
La relación entre ambas conformaciones es tal que lo que se representa a la 
derecha de la cadena de carbonos en la proyección de Fischer, en la de Haworth 
aparece por debajo del anillo (piranósico o furanósico), y lo que en la de Fis-
cher aparece a la izquierda, en la de Haworth aparece arriba. Una excepción a 
esta regla es el sustituyente en el último carbono asimétrico. Para poder cerrar el 
anillo, el OH de este carbono debe aproximarse al carbono anomérico; por ello 
los sustituyentes del carbono 5 rotan como se indica a continuación, sin perder 
sus relaciones configuracionales:
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De forma que α-D-glucopiranosa y β-D-glucopiranosa se representan habi-
tualmente como se indica en la figura 1.8. Puede observarse que la perspectiva 
de Haworth reproduce la estructura molecular con mayor fidelidad que la pro-
yección de Fischer.
En la perspectiva de Haworth, el hidroxilo del carbono anomérico se repre-
senta abajo en la forma α y arriba en la forma β. El anillo sepresenta en perspec-
tiva, por lo que el borde anterior se suele dibujar debidamente realzado. Aunque 
las aldohexosas se presentan normalmente en forma piranósica y las aldopen-
tosas como furanosas, cabe la posibilidad de hexofuranosas y pentopiranosas:
Figura 1.8.
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1.4.4. Conformación
Considerando el carácter saturado del átomo de carbono en la molécula de 
glucosa, hemos de tener en cuenta que (a) los átomos de carbono no son co-
planares en el anillo (como podría deducirse erróneamente al representar mo-
nosacáridos en la proyección de Haworth); y (b) que existe libre rotación entre 
los enlaces al ser todos ellos sencillos. Esto indica que pueden existir diferentes 
conformaciones en la molécula de glucosa, por ejemplo, las formas silla y bote, 
como ocurre en el caso del ciclohexano:
De todas las conformaciones posibles, la forma silla es la más estable, dado 
que corresponde a la conformación eclipsada en la que los sustituyentes de 
átomos contiguos de carbono se sitúan en el espacio de la forma más separada 
posible.
Recuérdese, a este respecto, que el concepto de conformación no es equipa-
rable a los que hemos visto antes de composición, constitución y configuración. 
Una molécula solo tiene una composición, una constitución y una configura-
ción. Sin embargo, las conformaciones, dentro de una misma molécula, pueden 
ser infinitas, dada la libertad de rotación en torno a los enlaces saturados. Sin 
embargo, el impedimento estérico de los diferentes grupos atómicos hace que 
determinadas conformaciones estén más favorecidas energéticamente que otras. 
En ese sentido, el concepto de conformación es, ante todo, estadístico: dada una 
población de moléculas, en un momento dado, la mayoría estará en una con-
formación energéticamente favorable (en el caso de la glucosa, la forma silla); 
ahora bien, todas las moléculas, consideradas aisladamente, pueden pasar por 
las diferentes conformaciones.
Al tener en cuenta la disposición tetraédrica de los sustituyentes del carbono, 
los sustituyentes -H y -OH de los diferentes átomos de carbono pueden quedar (a) 
o aproximadamente en el mismo plano que el anillo, en cuyo caso hablamos de 
sustituyentes ecuatoriales; (b) o en una posición aproximadamente perpendicular 
al plano del anillo, en cuyo caso hablamos de sustituyentes axiales (figura 1.9). 
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Figura 1.9.
En la molécula de glucosa, la disposición configuracional de los distintos 
sustituyentes es tal que en la β-D-glucopiranosa en forma silla todos los grupos 
-OH quedan en situación ecuatorial, tal como se aprecia en la figura 1.10; (en la 
forma α todos excepto el -OH que sustituye al carbono anomérico, que queda 
en situación axial).
Figura 1.10.
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De esta manera, se maximiza la posible interacción con solventes acuosos 
a través de enlaces de hidrógeno. Esta peculiaridad estructural de la glucosa 
puede que explique en parte por qué su estructura ha sido la favorecida por la 
evolución frente a 15 posibilidades de otras tantas aldohexosas.
En las pentofuranosas pueden darse varias conformaciones. La más estable 
es la tipo sobre. En ésta, los átomos del ciclo furanósico pueden equipararse a 
los vértices de un sobre abierto, con cuatro átomos en un plano y el quinto fuera 
del mismo. De esta manera caben las posibilidades C3-endo (con el C3 fuera del 
plano) y C2-endo (con el C2 fuera del plano), características de las pentosas en 
los ácidos ribonucleico y desoxirribonucleico, respectivamente:
1.4.5. Determinación cuantitativa de la glucosa
La determinación de glucosa en medios biológicos es una prueba cuantitativa 
que se realiza con una enorme frecuencia, en particular en la clínica humana, 
en la que la determinación de glucemia (glucosa en sangre) es uno de los indi-
cadores bioquímicos más utilizados. Para su realización se han empleado varios 
métodos, algunos de ellos de interés meramente histórico.
- Las pruebas más antiguas para la determinación cuantitativa de la glucosa se 
basaban en el poder reductor de su grupo aldehido, capaz de reducir a cobre 
metálico los iones cúpricos en solución. Las más extendidas de todas estas prue-
bas fueron la reacción de Benedict y el método de FolinWu, que hoy ya no se 
utilizan en la práctica. Al ser pruebas basadas en el poder reductor de la glucosa, 
cualquier otro monosacárido, o cualquier otro aldehido presente en la muestra, 
interferían necesariamente con el desarrollo de la misma. Por otra parte, su sen-
sibilidad es relativamente baja. Hoy día se prefieren métodos enzimáticos.
- Un método enzimático habitual para la determinación de glucosa se basa en 
la reacción catalizada por la enzima glucosa oxidasa, que a partir de glucosa y 
oxígeno molecular produce ácido glucónico y peróxido de hidrógeno según la 
reacción que se presenta en la figura 1.11).
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Figura 1.11.
El péroxido de hidrógeno se elimina mediante la acción de una segunda 
enzima, la peroxidasa, que en presencia de fenol y 4-aminofenazona da lugar a 
un compuesto coloreado. La intensidad del color se mide fotométricamente y es 
directamente proporcional a la cantidad de glucosa presente en la muestra. Es 
un método de fácil adaptación a los analizadores automáticos.
- Otro método enzimático en la determinación de glucosa se basa en la acción 
de la enzima hexokinasa. Esta enzima, a partir de glucosa y ATP produce glu-
cosa-6-fosfato y ADP. La glucosa-6-fosfato es atacada entonces por una segun-
da enzima, glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, que reduce al coenzima NADP a 
su forma NADPH al tiempo que oxida la glucosa-6-fosfato a 6-fosfogluconato. 
La reducción de NADPH causa un incremento en la absorbancia de la solución 
a una longitud de onda de 340 nm. Este incremento, debidamente calibrado, 
es proporcional a la cantidad de glucosa inicialmente presente en la muestra 
(figura 1.12).
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Figura 1.12.
- La gran frecuencia de la enfermedad llamada diabetes mellitus, tanto en sus 
formas juvenil como adulta, y que requiere un control diario de la glucosuria 
(cantidad de glucosa presente en orina) de los pacientes, ha hecho que la rea-
lización de este análisis tenga que ser suficientemente sencilla como para no 
requerir ningún personal especializado en su práctica. Es así como han surgido 
las pruebas en fase sólida. Estas consisten en el desarrollo de color en una tira 
de papel especialmente diseñado cuando se sumerge en la muestra (orina, 
sangre, líquido céfalo-raquídeo, etc.), comparándose después el color con una 
escala de colores o bien leyendo la intensidad del color en un fotómetro de 
reflectancia. Normalmente, las pruebas en fase sólida están basadas en la reac-
ción de la glucosa oxidasa citada más arriba.
1.5. OTROS MONOSACÁRIDOS
Aparecen en la biosfera muchos otros monosacáridos diferentes de la gluco-
sa, cuyo interés radica en su abundancia, en su presencia en oligosacáridos de 
superficie, en polisacáridos de reserva o estructurales, en su calidad de interme-
diarios metabólicos, etc. Podemos citar los siguientes:
Battaner, Arias, Enrique. Biomoléculas. Una introducción estructural a la bioquímica, Ediciones Universidad de Salamanca, 2012. ProQuest Ebook Central,
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1.5.1. Triosas
En la degradación metabólica anaerobia de la glucosa, dos importantes in-
termediarios son la aldotriosa D-gliceraldehido y la cetotriosa dihidroxiacetona 
o glicerona :
Al igual que todos los demás monosacáridos, estas dos triosas no aparecen 
en el metabolismo celular como tales, sino como sus ésteres fosfóricos (véase 
más adelante).
1.5.2. Tetrosas
Son aldotetrosas la D-eritrosa y la D-treosa; como cetotetrosas, tenemos la 
D-eritrulosa. Aparecen ocasionalmente en alguna vía metabólica, normalmente 
como ésteres fosfóricos.
1.5.3. Pentosas
Tienen un gran interés las aldopentosas, y entre ellas la D-ribosa (figura 
1.13). D-ribosa y su desoxiderivado 2-D-desoxirribosa (ver más adelante) son 
constituyentes fundamentales de los ácidos nucleicos. 
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Figura 1.13.
Otras aldopentosas que se encuentran en la naturaleza son la D- y L- arabi-
nosa y la D- y L- xilosa.
La D-xilosa, por ejemplo, forma parte de xilanos presentes en la madera; 
la L-xilosa aparece en el segmento de unión de los glicosaminoglicanos. Entre 
las cetopentosas, tenemos la D-ribulosa y la D-xilulosa, que aparecen como 
intermediarios en el metabolismo celular (en forma de ésteres fosfóricos). En 
particular el éster ribulosa bisfosfato es el substrato fundamental en la reacción 
de asimilación de CO
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 en las plantas, llevada a cabo por la enzima ribulosa bis-
fosfato carboxilasa.
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1.5.4. Hexosas
Entre las aldohexosas tienen interés biológico la D-glucosa, la D-manosa y 
la D-galactosa. Manosa y galactosa, como tales o como derivados, aparecen en 
multitud de oligosacáridos presentes en la superficie celular, bien en glicolípidos 
o en glicoproteínas. La D-galactosa es un constituyente del disacárido lactosa, 
carbohidrato principal de la leche (figura 1.14).
Figura 1.14.
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Entre las cetohexosas, tenemos la D-fructosa. Se trata de un monosacárido 
muy abundante, presente en casi todas las frutas, a las que confiere sabor dulce 
(su poder edulcorante es sustancialmente mayor que el del azúcar común, el disa-
cárido sacarosa). Sus ésteres fosfóricos son asimismo importantes intermediarios 
metabólicos. La D-fructosa desvía la luz polarizada hacia la izquierda (-92.41°); 
por ello recibe a veces el nombre de levulosa, y los polisacáridos derivados de 
ella, levanos. La fructosa da lugar a formas cíclicas de tipo furanósico; en ellas, 
hemos de darnos cuenta que el carbono anomérico es el 2 (figura 1.15).
Figura 1.15.
La serie isomérica de las D-cetosas se presenta en la figura 1.16 (la de las 
aldosas en la figura 1.6). 
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Figura 1.16.
1.6. DERIVADOS DE MONOSACÁRIDOS
Una gran cantidad de compuestos de interés biológico son derivados de 
monosacáridos a través de reacciones de oxidación, reducción o sustituciones 
diversas. Pasamos a enumerar los principales.
1.6.1. Derivados por oxidación
La oxidación suave por bromo de las aldosas da lugar a los ácidos aldónicos, 
en los que el grupo aldehido se oxida a carboxilo. El ácido aldónico derivado 
de la glucosa es el ácido glucónico. Su fosfoderivado, el ácido 6-fosfoglucónico, 
es un importante intermediario metabólico. A veces los ácidos aldónicos forman 
ésteres intramoleculares o lactonas, con estructura cíclica, como es el caso de la 
5-gluconolactona. Su fosfoderivado 6-fosfo 5-gluconolactona es otro intermedia-
rio metabólico.
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Otra lactona modificada es el ácido L-ascórbico (vitamina C), importante co-
factor redox, particularmente en reacciones de hidroxilación.
Si la oxidación tiene lugar en el último carbono de las aldosas, lo cual se 
puede lograr bloqueando previamente el C1 y sometiendo a oxidación suave 
por bromo, se forman los ácidos urónicos. El ácido urónico derivado de la D-
glucosa es el ácido D-glucurónico. Se trata de un compuesto de extraordinario 
interés en los organismos animales por cuanto que participa destacadamente 
en las llamadas reacciones de destoxificación (véasemás adelante). Otro ácido 
urónico, que aparece en polisacáridos estructurales (glicosaminoglicanos) es el 
ácido L-idurónico, 5-epímero del anterior:
Otros ácidos urónicos que se encuentran en la naturaleza son los ácidos ma-
nurónico y galacturónico.
Si la oxidación tiene lugar mediante un ácido fuerte, como el ácido nítrico, se 
oxidan a carboxilo ambos carbonos terminales dando lugar a ácidos aldáricos. 
No existen como productos naturales, pero sin embargo tuvieron mucha impor-
tancia en la determinación de la configuración de la glucosa llevada a cabo por 
Emil Fischer.
La oxidación de las cetosas da lugar a cetoácidos inestables que se descom-
ponen. La oxidación de la fructosa, por ejemplo, da lugar a ácido oxálico y ácido 
tartárico.
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1.6.2. Derivados por reducción
La reducción a alcohol del carbono anomérico de los monosacáridos da lugar 
a polialcoholes. Entre los polialcoholes de interés biológico figuran el sorbitol 
(glucitol) derivado de la glucosa, el manitol derivado de la manosa y el glicerol 
derivado del gliceraldehido:
El glicerol es un constituyente fundamental en muchos lípidos, como estudia-
remos más adelante. El glicerolfosfato es asimismo un importante intermediario 
metabólico.
Un polialcohol cíclico de extraordinario interés biológico es el inositol. De 
todas sus posibles formas isoméricas nos interesa el mio-inositol:
Se trata de un constituyente que aparece en un tipo de lípidos de membrana 
llamados fosfoinositoles o fosfoinosítidos, cuya hidrólisis da lugar a señales quí-
micas (segundos mensajeros) de gran importancia en los procesos de control y 
regulación de la actividad celular.
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1.6.3. Desoxiderivados
La sustitución de un -OH alcohólico por -H da lugar a los desoxiderivados o 
deoxiderivados. Entre ellos destacamos la 2-D-desoxirribosa presente en el DNA 
(por la que este recibe su nombre, ácido desoxirribonucleico) y nucleótidos de-
rivados del mismo:
La ausencia del grupo -OH en C2 determina que la desoxirribosa tenga una 
reactividad química menor que la D-ribosa. Este hecho explica algunas de las 
características diferenciales entre el DNA y el RNA, como veremos más adelante. 
Por otra parte, la ausencia de hidroxilo en C2 refuerza el carácter aldehídico del 
C1, lo que hace que la desoxirribosa reaccione con el reactivo de Schiff. Esta 
reacción, que no dan otras aldosas, sirve para una tinción específica del DNA 
empleada en histología (tinción de Feulgen).
Otros desoxiderivados que se encuentran en la biosfera son la ramnosa o 
6-desoxi-L-manosa y la fucosa o 6-desoxi-L-galactosa.
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1.6.4. Aminoderivados
La sustitución del grupo -OH en uno de los alcoholes de los monosacáridos 
por un grupo amino -NH
2
 da lugar a los aminoderivados. Este grupo aparece 
casi invariablemente N-sustituído, por lo general N-acetilado. Entre los amino-
derivados tenemos la N-acetil-D-glucosamina y la N-acetil-D-galactosamina. 
Aparecen en oligosacáridos complejos de la superficie celular y en polisacáridos 
nitrogenados de los tejidos conectivos.
Una importante familia de aminoderivados está constituída por los ácidos 
siálicos, aunque en realidad podíamos haberlos estudiado bajo diferentes epí-
grafes, ya que además son cetosas, derivados por oxidación y desoxiderivados. 
La estructura de uno de ellos, el ácido N-acetil neuramínico (NANA) se presenta 
en la figura 1.17:
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Figura 1.17.
Podemos observar que se trata de un ácido aldónico (C1), una nonulosa 
(cetosa de nueve átomos de carbono, siendo C2 el carbono anomérico), un 
desoxiderivado (C3), y un aminoderivado N-acetilado (C5). Este compuesto fue 
aislado por vez primera por Klenk en el tejido nervioso (y de ahí neuramínico) 
y por Blix, independientemente, en la glándula submaxilar bovina (de donde el 
nombre de siálico). Constituyen una familia de compuestos cuya estructura se 
resume en la figura 1.17.
Las formas más frecuentes son los derivados N-acetil y N-glicol. Los ácidos 
siálicos aparecen con gran frecuencia en los oligosacáridos de las superficies ce-
lulares (glicolípidos del tipo gangliósido y glicoproteínas), donde cumplen una 
serie de funciones interesantísimas, como por ejemplo:
- Formando parte de receptores (a señales químicas, a virus, a anticuerpos, etc.).
- Confiriendo propiedades físicoquímicas específicas: por su grupo carboxilo, 
que aparece disociado al pH fisiológico, el ácido siálico es electronegativo; y 
por otra parte, confiere una mayor viscosidad a las proteínas en cuyo comple-
mento glicídico se encuentra.
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- Funciones de «enmascaramiento»; el ácido siálico normalmente oculta la señal 
química indicativa de que una proteína plasmática puede ser retirada de la 
circulación; cuando desaparece el ácido siálico, la proteína es retirada por re-
ceptores específicos.
- Como marcador de superficie celular; el ácido siálico forma parte de oligosacári-
dos complejos que participan en las funciones de reconocimiento en superficie.
Estas funciones serán estudiadas con mayor detalle en el capítulo siguiente.
1.6.5. Esteres fosfóricos
El ácido ortofosfórico o los ácidos polifosfóricos pueden formar ésteres con 
los grupos OH (alcohol o hemiacetal) de los monosacáridos. Estos ésteres fos-
fóricos son la forma en que el metabolismo celular maneja los monosacáridos. 
Por ejemplo, la forma metabólicamente activa de la glucosa es el éster glucosa-
6-fosfato. La esterificación a fosfato introduce un grupo atómico fuertemente 
electronegativo en moléculas que, como los monosacáridos, no suelen presentar 
ninguna carga eléctrica. Esto permite que los monosacáridos queden atrapados 
en el interior de la célula, dado que los ésteres fosfóricos no pueden atravesar 
la membrana;se cree, además, que la fosforilación facilita la interacción con 
enzimas y otras estructuras celulares. Se presentan algunos ésteres fosfóricos de 
interés en el metabolismo celular:
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