Post on 12-Aug-2015
CARBOHIDRATOS
Esteban Osorio CadavidBiología Celular y Bioquímica I
CARACTERÍSTICAS GENERALES
• Los Hidratos de Carbono o sacáridos o carbohidratos o azúcares, son aldehídos o cetonas con muchos grupos funcionales hidroxilo que presentan generalmente la fórmula estequiométrica (CH2O)n, o son derivados de estos compuestos. I
(CH2O)n or H - C - OHI
Structure:
CARACTERÍSTICAS GENERALES
• La mayoría de carbohidratos se encuentran en grupos, más que en azúcares simples:– Polisacáridos (Almidón, celulosa, etc)– Glucoproteínas y Proteoglucanos (hormonas,
sustancias del grupo sanguíneo, anticuerpos).– Glucolípidos (cerebrósidos, gangliósidos).– Glucósidos– Mucopolisacáridos (ácido hialurónico)– Ácidos nucléicos.
FUNCIONES• Los carbohidratos desempeñan una gran
variedad de funciones en los organismos vivos:– Fuentes de energía.– Estructural en paredes celulares de vegetales y
bacterias.– Reconocimiento y adhesión entre células.– Identificación celular.– Muestran el estado normal o “desgastado” de una
célula.
Los carbohidratos cumplen un papel importante en el ciclo del carbono en la
Tierra
Quitina
Artrópodos principalmente
CLASIFICACIÓN
• Monosacáridos.– Triosas, tetrosas, pentosas, hexosas.
• Oligosacáridos.– Di, tri, tetra, penta, hasta 9 o 10.– Los más importantes son los disacáridos
• Polisacáridos.– Complejos de Carbohidratos.
MONOSACÁRIDOS
• También conocidos como azúcares simples.• La mayoría son compuestos lineales.• Su clasificación puede ser:
– Por el número de Carbonos = • 3 = triosa.• 4 = tetrosa.• 5 = pentosa
– Por el grupo funcional • aldehido = aldosa.• Cetona = cetosa
Structure of a simple aldose and a simple ketose
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings
aldosas
cetosas
CARACTERÍSTICAS
• Predominan los enantiómeros L.
• Aquellos compuestos que solo se diferencian por la configuración de sus átomos, se pueden interconvertir por tautomería de una aldosa a una cetosa o viceversa, por medio de un enediol (un intermediario, altamente inestable).
• También pueden tener carbonos quirales. Al aumentar el número de carbonos en aldosas o cetosas, aumenta también los centros quirales.
• Después de 5 átomos de carbono en aldosas y cetosas tienden a formar anillos naturalmente.
• Los anillos más comunes son los furanos y piranos en anómeros α y β.
D-glucose can cyclize in twoways forming either furanose orpyranose structures
Propiedades
• Las diferencias estructurales de los azúcares Las diferencias estructurales de los azúcares son responsables de variaciones en sus son responsables de variaciones en sus propiedades.propiedades.
• Físicas• Forma Cristalina; solubilidad; poder de rotación
• Químicas• Reacciones (oxidaciones, reducciones, condensaciones)
• Fisiológicas• Valor nutritivo (humano, bacterias); endulzamiento,
absorción
Representación estructural de los azúcares
• Proyección de Fisher: Representación de cadena lineal.
• Proyección de Haworth : Anillo simple en perspectiva.
• Representación conformacional: configuraciones de bote y silla.
ENANTIÓMEROS
• Estereoisómeros que son imágenes especulares uno del otro.
DIASTEREOISÓMEROS
• Estereoisómeros que no son imágenes especulares uno del otro.
• Ejemplo: D-treosa y D-eritrosa
40
Aldehyde group, blueDistal asymmetric center
Note numbering
ANÓMEROS• Estereoisómeros que difieren en la
configuración del carbono anomérico• Ejemplo: α-D-Glucopiranosa y β-D-
Glucopiranosa
ISÓMEROS CONFORMACIONALES• Moléculas con la misma configuración
estereoquímica, pero que difieren en su configuración tridimensional.
Monosacáridos especiales: Desoxiazúcares
• Monosacáridos con pérdida de un grupo Hidroxilo (-OH) en una o más partes de la molécula.
Reacciones de monosacáridos
• Reacciones Carbonilo:• Formación de Osazona.• Reacción con Cianohidrina• Reducción• Oxidación• Acción de base• Acción de ácido• Tautomerismo Cadena-Anillo
• Reacciones Alcohol• Formación de Glucósidos• Formación de Eter• Formación de Ester
Formación de Osazonas
Oxidación en el carbono anomérico• Las aldosas pueden ser oxidadas en 3 tipos de
ácidos– Ácidos Aldónicos: El grupo aldehido es convertido a un
grupo carboxilo ( glucosa – ácido glucónico)– Ácidos Urónicos: El aldehido permanece intacto y el
alcohol es oxidado a COOH• Glucosa ácido glucurónico• Galactosa ácido galacturónico
– Ácidos Sacáricos (ácidos glicáricos) – oxidación de ambos extremos de un monosacárido)
• Glucosa ácido sacárico• Galactosa ácido múcico• Mannosa ácido mannárico
Oxidación en el carbono anomérico
– Ácidos Sacáricos (ácidos glicáricos) – oxidación de ambos extremos de un monosacárido)
• Glucosa ácido sacárico• Galactosa ácido múcico• Mannosa ácido mannárico
Reducción
• Se puede realizar catalíticamente (hidrógeno y un catalizador) o enzimáticamente.
• El producto resultante es un poliol (polialcohol) o azúcar-alcohol (alditol)
• glucosa forma sorbitol (glucitol)• mannosa forma mannitol• fructosa forma una mezcla de mannitol y sorbitol• Gliceraldehido lleva al glicerol
ALDITOLES
• La formación de alditoles se da por la reducción del grupo carbonilo.
GLUCÓSIDOS• Eliminación de una molécula de agua, por el
hidroxilo anomérico de un monosacárido que reacciona con el H de un alcohol. Se forma un compuesto denominado O-glucósido.
• .
• Los o-glucósidos no pueden interconvertir su forma anomérica por mutarrotación.
Ejemplos de glucósidos
Ésteres de fosfato de monosacáridos
AMINOAZÚCARES• Se caracterizan por la presencia de un grupo
amino (-NH2). Los más comunes son la glucosamina y galactosamina.
Abreviaturas de monosacáridos comunes
Reacciones de Condensación: Formación de acetal y cetal
Disacáridos
• Compuestos de dos monosacáridos unidos covalentemente, mediante un enlace Glucosídico.
70
Disacáridos comunesCommondietarycomponents
71
Sacarosa
Hydrolyzed by sucrase
72
Lactosa
Hydrolyzed by lactase in humans, & by -galactosidase in bacteria
74
Maltosa (de la hidrólisis del almidón)
Hydrolyzed by maltase
Características distintivas de los disacáridos
1. Los dos monómeros de azúcar que lo forman y sus configuraciones espaciales.
2. Los carbonos que intervienen en la uniónEjemplo: 1-1, 1-2, 1-4 ó 1-6.
3. El orden de las 2 unidades monoméricas, en caso de que sean de tipos distintos.
4. La configuración anomérica del grupo hidroxilo del carbono 1 de cada residuo.
Anotación de la estructura de los disacáridos
1. La secuencia se escribe empezando por el extremo no reductor en el lado izquierdo.
2. Las formas anoméricas y enantioméricas se designan mediante prefijos (ejemplo: α-, D-)
3. La configuración de anillo se indica mediante un sufijo (p para piranosa y f para furanosa)
4. Los átomos entre los cuales se forman los enlaces glucosídicos se indican entre paréntesis (ejemplo: 14)
FORMACIÓN DEL ENLACE GLUCOSÍDICO
• Metaestable.• Hidrólisis controlada por enzimas.
OLIGOSACÁRIDOS
Estructuras de algunos carbohidratos
Honey also contains glucose and fructose along withsome volatile oils
Structures of some oligosaccharides
Structures of some oligosaccharides
Structures of some oligosaccharides
An enzymatic product (Beano) can be used to preventthe flatulence
Oligosaccharides occur widely as components of antibiotics derived from various sources
Polisacáridos
• Polímero de muchos monosacáridos.• Diferentes funciones:
– Forma de almacenamiento de azúcares.• Glucógeno• Almidón
– Estructural• Celulosa• Quitina
• Es Homopolisacárido, cuando este polisacárido está formado por el mismo tipo de monosacáridos.
• Es Heteropolisacárido, cuando es formado por monosacáridos diferentes.
• El enlace determina que polímero es formado.
POLISACÁRIDOS DE ALMACENAMIENTO
• En plantas: Amilosa y amilopectina• En células animales y microbianas: glucógeno.
• Todos son polímeros de α-D-glucopiranosa, y son homopolisacáridos de glucosa glucanos.
• Difieren en los tipos de enlace entre los residuos.
amilopectina
Amylose and amylopectin are the 2 forms of starch. Amylopectinis a highly branched structure, with branches occurring every 12to 30 residues
Suspensiones de amilosa en el agua adoptan una conformación helicoidal
iodine (I2) can insert inthe middle of the amylosehelix to give a blue colorthat is characteristic anddiagnostic for starch
amilosa
102
Glucógeno
Branch every 10 glucose units (approx)
Glycogen is highly branched Glucose store
H O
OH
H
OHH
OH
CH 2OH
HO H
H
OHH
OH
CH 2OH
H
O
HH H O
OH
OHH
OH
CH 2
HH H O
H
OHH
OH
CH 2OH
H
OH
HH O
OH
OHH
OH
CH 2OH
H
O
H
O
1 4
6
H O
H
OHH
OH
CH 2OH
HH H O
H
OHH
OH
CH 2OH
HH
O1
OH
3
4
5
2
glycogen
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HO H
H
OHH
OH
CH2OH
H
O
HH H O
OH
OHH
OH
CH2
HH H O
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
OH
OHH
OH
CH2OH
H
O
H
O
1 4
6
H O
H
OHH
OH
CH2OH
HH H O
H
OHH
OH
CH2OH
HH
O1
OH
3
4
5
2
amylopectin
H O
OH
H
OHH
OH
CH 2 OH
HO H
H
OHH
OH
CH 2 OH
H
O
HH H O
OH
OHH
OH
CH 2 OH
HH H O
H
OHH
OH
CH 2 OH
H
OH
HH O
OH
OHH
OH
CH 2 OH
H
O
H
1
6
5
4
3
1
2
a m y lo s e
POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES
celulosa
Estructura de la celulosa
Linear structures of cellulose and chitin (2 most abundant polysaccharides)
Quitina
Glucosaminoglucanos
Peptidoglucano
Cell wall of Gram-positive bacteria
Gram-negative bacteria
Cross-section of the cellwall of a gram-negativeorganism such as E.coli
127
Oligosacáridos de antígenos A, B y O (grupos sanguíneos)
Foundation oligo(frameshift mutant gene), one from each parent
Specificglycosyltransferasesadd group to O antigen