CARBOHIDRATOS

¿Qué son los Carbohidrato

s?Los carbohidratos o hidratos de carbono son compuestos que están formados por carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O) con la formula general (CH2O)n. Los carbohidratos incluyen azúcares, almidones, celulosa, y muchos otros compuestos que se encuentran en los organismos vivientes, generalmente blancos y cristalinos, solubles en agua y con un sabor dulce.

Enlace Glicosídicoo Es el principal enlace estructural en todos los polímeros de los monosacáridos. o Es un enlace acetal, donde el carbono anomérico de un azúcar se condensa con un

alcohol, una amina o un tiol.o Los compuestos que tienen enlaces glicosídicos se llaman glicósidos.o Los glucósidos son una clase especial de glicósidos, donde la glucosa aporta el

carbono anomérico. o Entre los glicósidos hay disacáridos, polisacáridos y algunos derivados de

carbohidrato.

Disacáridos

Los disacáridos se producen cuando se combinan químicamente dos monosacáridos. Consideremos tres de los más importantes disacáridos: la maltosa, la lactosa y la sacarosa.

Los disacáridos se forman cuando el carbono anomérico de una molécula de azúcar interactúa con uno de varios grupos hidroxilo de la otra molécula de azúcar.

o La maltosa es un disacárido liberado durante la hidrólisis del almidón, que es un polímero de residuos de glucosa; está formada por dos residuos de glucosa unidos por un enlace aglicosídico.

o La celobiosa es el disacárido repetitivo en la estructura de la celulosa, un polisacárido vegetal, y se libera durante la degradación de la celulosa.

o La lactosa es un disacárido que sólo se sintetiza en las glándulas mamarias lactantes; es un epímero de la celobiosa.

o La sacarosa es el disacárido más abundante en la naturaleza; sólo lo sintetizan las plantas; se distingue de los otros tres disacáridos en que su enlace glicosídico une los átomos de carbono anoméricos de dos residuos de monosacárido.

Azucares Reductores

Carbohidratos que son hemiacetales y en consecuencia contienen un grupo carbonilo reactivo, se oxidan con facilidad y forman productos diversos, propiedad que se usa con frecuencia para analizarlos. Los azúcares reductores se detectan por su capacidad de reducir iones metálicos, como Ag y formar productos insolubles.

Azucares No Reductores

Los carbohidratos que son acetales, como la sacarosa, no se oxidan con facilidad, porque ambos átomos de carbono anoméricos están fijos en un enlace glicosídico.

La capacidad reductora de un azúcar polímero tiene interés más que analítico. Las cadenas poliméricas de los oligosacáridos y polisacáridos tienen direccionalidad, con base en sus extremos reductores y no reductores.

Nucleótidos y otros

glicósidos• Los glicósidos que se

encuentran con más frecuencia, además de los oligosacáridos y polisacáridos, son los nucleósidos, donde hay purina o pirimidina unida por su grupo amino secundario a una mitad de b-D-ribofuranosa o b-D-desoxirribofuranosa.

• Los nucleósidos se llaman N-glicósidos debido que en el enlace glicosídico participa un átomo de nitrógeno.

• La guanosina (b-D-ribofuranosilguanina) es un nucleósido típico.

Polisacáridos

• Los polisacáridos se forman sin una plantilla, por adición de determinados residuos de monosacárido y oligosacárido, el resultado es que las longitudes y las composiciones de las moléculas de polisacárido pueden variar dentro de una población.

• La mayor parte de los polisacáridos se pueden clasificar de acuerdo con sus funciones biológicas. Por ejemplo, el almidón y el glucógeno son polisacáridos de almacenamiento, y la celulosa y la quitina son polisacáridos estructurales.

Homoglicanos Heteroglicanos

Son polímeros que sólo contienen residuos de un tipo de monosacárido.

Son polímeros que contienen residuos de más de un tipo de monosacárido.

Almidón y glucógeno

• El exceso de glucosa se puede descomponer y producir energía metabólica. Los residuos de glucosa se almacenan como polisacáridos,hasta que se necesitan para producir energía.

• El homoglicano de almacenamiento más común de la glucosa en las plantas y los hongos es el almidón; y en los animales es el glucógeno.

• En las células vegetales, el almidón existe como mezcla de amilosa y amilopectina, y se almacena en granos cuyos diámetros van de 3 a 100 mm; la amilopectina es una versión ramificada de la amilosa; a-amilasa, presente en animales y plantas, es una endoglicosidasa

• Un adulto humano consume unos 300 g de carbohidratos diariamente, gran parte de los cuales están en forma de almidón.

o El almidón en la dieta se degrada en el tracto gastrointestinal por las acciones de la a-amilasa y una enzima desramificadora.

o El glucógeno es un polímero ramificado de residuos de glucosa, contiene los mismos tipos de enlace de la amilopectina, pero en el glucógeno las ramas son más pequeñas y más frecuentes, y se presentan cada ocho a 12 residuos.

o Las estructuras ramificadas de la amilopectina y el glucógeno sólo poseen un extremo reductor, pero muchos extremos no reductores. Es en esos extremos no reductores donde se efectúa la prolongación y la degradación enzimáticas.

Celulosao Es un polisacárido estructural. o Es uno de los principales

componentes de las paredes celulares rígidas que rodean muchas células vegetales.

o Este solo polisacárido forma un porcentaje apreciable de toda la materia orgánica en la Tierra

o Es un polímero lineal de residuos de glucosa

o El tamaño de las moléculas de celulosa varía mucho, y va desde unos 300 hasta más de 15 000 residuos de glucosa.

o Por su resistencia se usa en varias aplicaciones y es un componente de varios materiales sintéticos, incluyendo celofán y telas de rayón.

Quitinao Es un homoglicano estructural

que se encuentra en los exoesqueletos de los insectos y crustáceos, y también en las paredes celulares de la mayor parte de los hongos y en muchas algas.

o Es un polímero lineal parecido a la celulosa.

o Está formado por residuos de GlcNAc unidos por b-(1 → 4), y no por residuos de glucosa Con frecuencia, la quitina está estrechamente relacionada con compuestos no polisacáridos, como proteínas y material inorgánico.

Glicoconjugados

o Consisten en polisacáridos conjugados con proteínas o péptidos.

o Son heteroglicanos. o Los heteroglicanos aparecen en tres

tipos de glicoconjugados: proteoglicanos, peptidoglicanos y glicoproteínas.

Proteoglicanos

Los proteoglicanos son complejos de proteínas y una clase de polisacáridos llamados glicosaminoglicanos. Esos glicoconjugados se presentan principalmente en la matriz extracelular (tejido conectivo) de animales multicelulares.

o Los glicosaminoglicanos son heteroglicanos no ramificados de unidades repetitivas de disacárido.

o Como indica el nombre glicosaminoglicano, un componente del disacárido es un amino azúcar, ya sea D-galactosamina (GalN) o D-glucosamina (GlcN)suele ser un ácido aldurónico.

o Los grupos específicos hidroxilo y amino de muchos glicosaminoglicanos están sulfatados. Esos grupos sulfato y los grupos carboxilato de los ácidos aldurónicos hacen que los glicosaminoglicanos sean polianiónicos.

o El ácido hialurónico es un ejemplo de glicosaminoglicano se encuentra en el fluido de las articulaciones, donde forma una solución viscosa que es un lubricante excelente.

o Los proteoglicanos están muy hidratados y ocupan un gran volumen porque su componente glicosaminoglicano contiene grupos polares y iónicos, estas propiedades confieren elasticidad y resistencia a la compresión.

o Los proteoglicanos también pueden actuar como cribas extracelulares, ayudando a dirigir el crecimiento y la migración celular.

Peptidoglicanos

o Los peptidoglicanos son polisacáridos unidos a péptidos pequeños.

o La mitad de polisacárido, en los peptidoglicanos, se parece a la quitina, excepto que cada segundo residuo de GlcNAc está modificado por adición de lactato para formar MurNAc.

o Durante la biosíntesis del peptidoglicano se fija un péptido de cinco residuos a un residuo de MurNAc, en los pasos siguientes se adicionan uno tras otro cinco residuos de glicina al grupo e-amino del residuo de lisina, y se forma un puente de pentaglicina. En el paso final de la síntesis, una transpeptidasa cataliza la formación de un enlace peptídico entre el penúltimo residuo de alanina y un residuo terminal de glicina de un puente de pentaglicina en una hebra vecina de peptidoglicano.

o Las paredes celulares de muchas bacterias contienen una clase especial de peptidoglicano con un componente de heteroglicano unido a un péptido de cuatro o cinco residuos.

o El componente peptídico de los peptidoglicanos varía entre las bacterias. En Staphylococcus aureus es un tetrapéptido con aminoácidos L y D alternados: L-Ala-DIsoglu- L-Lys-D-Ala.

o En las bacterias Gram-negativas hay una capa delgada de peptidoglicano entre la membrana plasmática interna y la membrana externa. En las bacterias Gram-positivas no hay membrana externa, y la pared celular de peptidoglicano es mucho más gruesa.

Grampositivas

Gramnegativas

Glicoproteínas

o Son proteínas que contienen oligosacáridos unidos en forma covalente .

o Las cadenas de carbohidrato de una glicoproteína varían de longitud, de 1 hasta más de 30 residuos, y pueden formar hasta 80% de la masa total de la molécula.

o Son un grupo extraordinariamente diverso de proteínas que abarca enzimas, hormonas, proteínas estructurales y proteínas de transporte.

o La composición de la cadenas de oligosacárido de las glicoproteínas pueden variar, aun entre moléculas de la misma proteína, fenómeno que se llama microheterogeneidad.

1. Una cadena de oligosacárido puede contener varios azúcares diferentes. 2. Los azúcares pueden estar unidos por enlaces glicosídicos a o b.3. También los enlaces pueden unir varios átomos de carbono en los azúcares. 4. Las cadenas de oligosacáridos de las glicoproteínas pueden contener hasta cuatro ramas.

Hay varios factores que contribuyen a la diversidad estructural de las cadenas de oligosacárido en las glicoproteínas:

1. El enlace O-glicosídico más común esel de GalNAc-Ser/Thr mencionado antes. Hay otros azúcares, por ejemplo, galactosa y ácido siálico, que con frecuencia se unen al residuo de GalNAc

2. Algunos de los residuos de 5-hidroxilisina (Hyl) de colágena se unen a la D galactosa a través de un enlace O-glicosídico.

3. Los glicosaminoglicanos de ciertos proteoglicanos están unidos a la proteína interior mediante una estructura Gal-Gal-Xyl-Ser

4. En algunas proteínas, un solo residuo de GlcNAc está enlazado a serina o reonina

Las cadenas de oligosacáridos de la mayor parte de las glicoproteínas están enlazadas a través de O o de N. Hay cuatro subclases importantes de enlaces O-glicosídicos en las glicoproteínas:

o La biosíntesis de las cadenas de oligosacárido en las glicoproteínas requiere un conjunto de enzimas específicas en distintos compartimientos de la célula.

o En la síntesis escalonada de los oligosacáridos enlazados por O, las glicosiltransferasas catalizan la adición de grupos glicosilo donados por coenzimas nucleótido-azúcar.

o Los oligosacáridos enlazados por N, como los enlazados por O, son muy variados en secuencia y composición de azúcares.

o La mayor parte de los oligosacáridos unidos por N pueden dividirse en tres subclases: alta manosa, complejos e híbridos

o La mayor parte de las glicoproteínas se secretan de la célula o se unen a la superficie externa de la membrana plasmática.

o La adición de cadenas de oligosacárido se acopla estrechamente a proteínas específicas en la luz del retículo endoplásmico, y los grupos se modifican debido a varias enzimas de

o glicosiltransferasa, cuando las proteínas pasan del retículo endoplásmico a través del

o aparato de Golgi y a la superficie celular. o La estructura del oligosacárido enlazado sirve como

marcador para clasificar las proteínas en varios compartimientos.

o Además de sus funciones como marcadores en clasificación y secreción, la presencia

o de una o más cadenas de oligosacáridos puede alterar sus propiedades físicas, como su

o tamaño, forma, solubilidad, carga eléctrica y estabilidad.

o El reconocimiento de una célula por parte de otra durante la migración celular, o durante la fertilización del oocito, puede depender en parte de la unión de proteínas en la superficie de una célula con las porciones de carbohidrato de ciertas glicoproteínas en la superficie de la otra célula.