GLÚCIDOS

CARACTERIZACIÓN QUIMICA DE GLÚCIDOS: UNA PRÁCTICA DE LABORATORIO CHEMICAL CHARACTERITATION OF CARBOHYDRATES: A PRACTICAL OF LABORATORY Guzmán-Soto CJ, Padilla-García CA & J ulio-Gaviria YP.

Estudiantes de Biología, Facultad de Ciencias Básicas, Universidad del Magdalena.

RESUMEN Con el propósito de caracterizar las propiedades químicas y físicas de los carbohidratos se realizaron diferentes procedimientos procedimientos bioquímicos, bioquímicos, en los cuales se emplearon algunos reactivos indicadores de la presencia-ausencia y del tipo de carbohidratos. Lográndose la observación e ilustración de las estructuras cristalinas de la Glucosa, Fructosa y Sacarosa; de la misma manera se determino a cual clase de carbohidratos pertenecen (Monosacáridos, (Monosacáridos, Disacáridos, Oligosacáridos y Polisacáridos). Mediante esto se corroboro que la sacarosa es un polisacárido que puede disociarse en dos monosacáridos, Glucosa y Fructosa; debido esto fundamentalmente a su estructura molecular. Palabras Claves: carbohidratos, monosacáridos, polisacáridos, aldosas y cetosas.

INTRODUCCIÓN Los carbohidratos son los compuestos más abundantes y ampliamente distribuidos en la naturaleza, se hallan en todos los tejidos de animales como en vegetales. Las plantas verdes y algunas algas sintetizan la glucosa (carbohidrato) por medio del proceso denominado Fotosíntesis, Fotosíntesis, a partir de dióxido de carbono y agua. También pueden formar parte de la estructura de soporte, como en el caso de la celulosa o la quitina. Aunque el hombre puede sintetizar la mayor parte de carbohidratos, una buena parte los obtiene de fuentes vegetales. Por su estructura química, los carbohidratos pueden considerarse derivados aldehídicos o cetónicos de polialcoholes o alcoholes polihidroxílicos. Su fórmula general es Cn(H 2O)n, indicando que existe una molécula de agua por átomo de carbono. Esto originó la aceptación del nombre de hidratos de carbono o carbohidratos. No obstante, un hidrato por definición es un compuesto al que se fija una molécula de agua, pero esto no corresponde a las propiedades de estos compuestos, ya que los resultados de los espectros indican que no se hallan moléculas de agua individualizadas en la estructura del carbohidrato. Además, existen compuestos que siguen esa relación y no son carbohidratos, como el formol C(H2O) o el ácido acético C2(H2O)2 (Pacheco, 2001). La denominación de azúcares, sacáridos o glúcidos (del latín glykos, que significa dulce) no son del todo acertada, debido a que no todos estos compuestos son dulces. Como es caso del almidón, que es insípido. A partir del dióxido de carbono y agua, las plantas sintetizan los carbohidratos, en un proceso denominado fotosíntesis. Tal como se ilustra en la siguiente ecuación:

nC O

2

+

nH 2 O

C lo ro fila

C n (H 2 O ) n

L u z s o l a r 

+

nC O

2

El pigmento verde de las plantas, la clorofila, pone a disposición del vegetal, la energía que absorbe de la luz solar. En este proceso tienen lugar numerosas reacciones catalizadas por enzimas, no todas se comprenden, queda el CO 2 reducido como carbohidrato y a su vez se libera oxígeno. La energía solar quedó transformada en energía química a disposición de las plantas y de animales, los cuales metabolizan los carbohidratos realizando la operación inversa y utilizando la energía para diversos fines. El mecanismo por el que los animales producimos CO2 y consumimos oxigeno se ilustra en la ecuación siguiente: Cn(H2O)n

+

nO2

nCO2

+

n(H2O)

+

ene

rgía

Un isómero es un compuesto con igual formula molecular a otro, pero que difiere solo en la secuencia de los enlaces que forman al compuesto o en la orientación en el espacio de los átomos. La presencia de átomos de carbono Asimétricos o Quirales (átomo de carbono al cual están unidos 4 átomos o grupos diferentes) en las moléculas de los carbohidratos, hace posible la formación de isómeros. Los compuestos que poseen la misma secuencia de enlaces, pero que difieren en la orientación de algunos átomos en el espacio, se conocen como Estereoisómeros o Isómeros Geométricos (Wade, 2004). El concepto de isómeros es relevante ya que muchas moléculas de carbohidratos se estructuran según sus características. El objetivo de esta práctica fue caracterizar y describir las propiedades físicas y químicas de los carbohidratos.

MATERIALES Y MÉTODOS Para la realización de esta práctica el experimento se dividió en siete partes como se describen a continuación. 1. Determinación De La Estructura Cristalina De Glúcidos: Se tomaron pequeñas muestras sólidas de sacarosa, glucosa y fructosa; las cuales se observaron en microscopio a objetivo de 10X para así esquematizar su forma física. 2. Formación De Ozasonas: en un tubo de ensayo se agregó 0.1 g sacarosa, 0.2 g de clorhidrato de fenilhidrazina, 0.3 g de acetato de sodio cristalizado previamente pesados en balanza analítica, y por último se adicionó 4 mL de agua destilada, para así agitar hasta homogeneizar la muestra. Este procedimiento se repitió con fructosa y ambas muestras fueron sometidas a calentamiento por 20 minutos, bajo observación. Una vez terminado el tiempo de no haber observado cristalización se procedió a colocarlas en un recipiente con hielo. 3. Reacción De Molisch/Udransky: En seis tubos de ensayo se colocó 3mL de glucosa, fructosa, arabinosa, sacarosa, almidón y agua; a las cuales para cada uno se le añadió seis gotas del reactivo de Molisch/Udransky, agitando suavemente para homogeneizar la mezcla. Por último a cada tubo se le agregó 1 mL de ácido sulfúrico concentrado procurando que resbale por la pared del tubo, una vez inclinado 4. Reacción De Benedict: en seis tubos de ensayo se añadió 4 mL del reactivo de Benedict, a los cuales también se les agregó tres gotas de glucosa, fructosa, arabinosa, sacarosa,

almidón y agua (un reactivo por tubo). Luego se pasaron a baño maría por 3 minutos bajo observación. 5. Reacción De Barfoed: se utilizaron los glúcidos glucosa, fructosa, arabinosa, sacarosa, almidón por otro lado el agua, como control; de las cuales se agregaron 1 mL en seis tubos de ensayo más 3 mL del reactivo de Barfoed y por último se pasó a calentar en baño maría hasta ebullición. Observando constantemente 6. Reacción De Seliwanoff: en esta parte experimental se utilizó glucosa, fructosa y agua de las cuales se tomó 1 mL que se colocó en un tubo de ensayo por separado y a cada uno se le agregó 0.5 mL del reactivo de Seliwanoff, estos tubos de ensayo se pasaron a calentar en baño maría por 60 segundos bajo observación constante, al no notar cambio se continuó por 5 minutos igualmente bajo observación. 7. Reacción De Lugol: a seis tubos de ensayo se añadió una gota de lugol luego de haber agregado 2 mL de glucosa, fructosa, arabinosa, sacarosa, almidón y agua (un reactivo por tubo). Luego se pasaron a baño maría hasta ebullición observándose constantemente. Una vez se observó la ebullición en cada uno de los tubos se dejaron reposar y enfriar en un recipiente con hielo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1. Determinación De La Estructura Cristalina De Glúcidos

Figura 1. Representación esquemática de los tres carbohidratos observados a vista microscópica. La estructura cristalina de la glucosa resultó ser de forma rectangular, mientras que la de la fructosa tiende a una forma cúbica y la de la sacarosa a un trapecio en 3D

2. Formación De Ozasonas: durante el tiempo de calentamiento no se observó ningún cambio a simple vista e igualmente durante la exposición al hielo. Se esperaba observar cristales en ambas muestras ya que ambas tenían la propiedad de reaccionar con la fenilhidrazina por contener grupos aldehídos y cetonas, los cristales a observar corresponderían a cristales de clorhidratos de fenilhidrazonas. 3. Reacción De Molisch/Udransky: una vez se homogeneizó la mezcla al agregarle el ácido se observó la aparición de un anillo color violeta en la muestra de almidón únicamente, mientras que en las otras no se observó. Era de esperarse que el resultado solo fuera positivo en sacarosa y almidón pues el anillo indica enlaces glucosídicos, que es propio de carbohidratos no reductores y solo estos dos cumplen esta propiedad. La única explicación que se atribuye a este resultados es la contaminación de la muestra

4. Reacción De Benedict: en esta parte del experimento solo los glúcidos glucosa, fructosa y arabinosa dieron positivo; observándose que estos durante el calentamiento se presentó un precipitado de color rojo ladrillo, siendo este el Cu 2O que se forma tras la reacción; también se forma una sal para cada caso. los reactivos de Fehling, Tollens y Benedict, son agentes oxidantes moderados, oxidando a los grupos aldehídos al mismo tiempo que estos se reducen. El reactivo de Benedict está constituido por citrato y cobre, este último es oxidado y existe un intercambio de uno de los compuestos del grupo carboxílico del carbohidrato, en el caso de la glucosa se sustituye un hidrogeno por un oxigeno, en ultima instancia el carbohidrato es oxidado por el reactivo. Al mezclar cantidades iguales de estas dos soluciones, se forma un complejo soluble de Tartrato Cúprico, de color oscuro, el cual proporciona una pequeña concentración de iones Cúprico (Brewster, 1977). La presencia de carbohidratos reductores queda evidenciada, ya que el grupo aldehído reduce la solución de Benedict y forman un precipitado rojo ladrillo de Óxido Cuproso. 5. Reacción De Barfoed: como en el caso del reactivo de Benedict con el de Barfoed los resultados fueron iguales ya que este también es específico para azucares reductores, este reactivo consiste en acetato cúprico diluido en ácido acético, lo que permite que se pueda distinguir entre azucares reductores y no reductores. 6. Reacción De Seliwanoff: con esta prueba se pudo identificar muestras de cetosas y aldosas. Este reactivo está constituido por m-dihidroxibenceno disuelto en acido clorhídrico concentrado. Al añadir el reactivo a las tres muestras no hubo cambio alguno, luego de terminar el primer minuto las condiciones fueron iguales, pero después de 3 minutos y 40 segundos se presentó una tonalidad rojo en la muestra de la fructosa indicando que está en comparación a la glucosa, posee un grupo cetona. El ácido clorhídrico del reactivo deshidrató más rápido la cetohexosa (fructosa) que a la aldohexosa (glucosa), ya que éstas últimas deben isomerizarse a aquellas, para formar el Hidroximetilfurfural por deshidratación (Velázquez, 2008). 7. Reacción De Lugol: solo se observó un cambio de coloración en la muestra del almidon, la cual se tornó marrón. Este reactivo está constituido de yodo disuelto en yoduro de potasio, lo cual hace que se forme un complejo físico de iones triyoduro (I 3-), que durante el proceso se situaron dentro de los espacios helicoidales que presenta el almidón. Pese a que este reactivo permite diferenciar polisacáridos de monosacáridos, no resultó positivo en la muestra de la sacarosa precisamente porque esta carece de los espacios helicoidales que si se presentan en el almidón. (Flores, 2002). Tabla 1. Resultados obtenidos de cada una de las reacciones realizadas. Donde ( + ) representa la afinidad del reactivo por el glúcido (  ) la ausencia de esta afinidad.

REACTIVO GLÚCIDO

Molisch/Udransky

Benedict

Barfoed

GLUCOSA FRUCTOSA ARABINOSA SACAROSA ALMIDON AGUA**

+ -

+ + + -

+ + + -

Seliwanoff  60´´ 5´ +*

-

-

**El agua es la muestra control; * el cambio de coloración se observó a los 2 minutos con 40 segundos.

Lugol + -

BIBLIOGRAFÍA y

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Mc. Murry John. Organuc chemistry JTP. An International Thomson Publisking Compary 1984. Pacheco, D. (2001). Bioquímica Estructural y Aplicada a la Medicina. Instituto Politécnico Nacional.

Flores, J. (2002). Reacciones de Identificación de Carbohidratos. [Guía de Estudio]. Caracas: UPEL.

Rodríguez, G. León, P. L. (1984). Bioquímica. Buenos Aires: Lizar

Wingrove , A. y R. Covet., 1999. Química Orgánica. Primera edición. Oxford University Press. México, S.A. ISBN: 968-6034-36-G. Edit Mexicana.

Velásquez, M. y Ordorica, M. (2008). Estructura de Glúcidos. [Documento en Línea]. Disponible: http://ww.ugr.es/~quiored/espec/ms1.htm.

Brewster, R. Q. y McEwen, W, E. (1977). Química Orgánica: Un Curso Breve (2° ed). México: C.E.C.S.A