CARBOHIDRATOS I
DEFINICION• Los carbohidratos ó glúcidos son
polialcoholes con un grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona)
• También reciben el nombre de hidratos de carbono, porque su fórmula empírica Cn(H2O)n parece corresponder a combinaciones de carbono con agua.
• Algunos son pequeños como la glucosa (180 D) y otros son grandes como el almidón (500.000 D)
Definición
Clasificación• Pueden clasificarse:
– Por la función no alcohólica: aldosas y cetosas– Por el resultado de la hidrólisis:
• Homopolisacáridos
• Heteropolisacáridos
• parte glucidica
• aglucón
Funciones
• Energética: Fuente principal de energía en los seres vivos. Se acumula como polisacáridos:– Glucógeno: animales– Almidón: plantas
• Estructural: Forma parte de estructuras, dando sostén:– Pared vegetal: celulosa– Membrana plasmática: glucolípidos y glucoproteínas
Ejemplos
glucosa
Monosacáridos• Una sóla molécula, posee de 3-7 carbonos.• Propiedades físicas:
– Sólidos, cristalinos– Color blanco– Sabor dulce– Solubles en agua
• Propiedades químicas:– No son hidrolizables– Son reductores (se oxidan, pierden electrones frente
a otras moléculas que los aceptan y se reducen)
Reacción de Fehling
• Podemos identificar la presencia de monosacáridos (o glúcidos reductores) en una solución con la reacción de Fehling
• Este reactivo contiene sales de cobre que se reducen de cúpricas (azul) a cuprosas (rojo)
• A su vez, los azúcares (aldehídos, cetonas) se oxidan para dar ácidos (-COOH)
monosacárido ácido
azul rojo
Nomenclatura
• Su nombre termina en -osa– Nº de C: triosa, tetrosa, pentosa, hexosa,
heptosa– Tipo de función: aldosa o cetosa– Isomería óptica: (+) (dextrógiro) o (-) (levógiro)– Isomería espacial: D, L– Conformación espacial: pirano (hexagonal),
furano (pentagonal)– Anomería: (alfa), (beta)
Nomenclatura
b
anomería
Isomería espacial
Isomería óptica
glucosa
Función carbonilo
Nº de carbonos
Conformación espacial
-D-(+)-aldohexo piran
terminación
osa
Nomenclatura
Nomenclatura
Ejemplo de polihidroxicetona: la fructosa
Nomenclatura
ALDOTETROSA
Isomería
: aldosa, cetosa
Isomería
Cada carbono asimétrico presenta dos disposiciones espaciales (esteroisómeros) distintas
Esta propiedad se denomina quiralidad (derivado del griego quiros, «mano»).
Isomería
El número de isómeros (enantiómeros) es de 2n, siendo “n” el número de carbonos asimétricos.
Isomería• Veamos el caso de la glucosa:
No es asimétrico
No es asimétrico
Isomería óptica
Estos son los 16 isómeros posibles en una aldohexosa
L- L- L- L- L- L- L- L-
EPÍMEROSENANTIÓMEROS
Isomería• Dentro de los estereoisómeros se pueden diferenciar aquellos que
son imágenes especulares entre sí (denominados enantiomorfos o enantiómeros) y aquellos que no lo son (llamados epímeros). y sólo se diferencian en la configuración espacial de ÚN único átomo de carbono
• Por convenio, los estereoisómeros que, al escribir la fórmula plana, según la proyección de Fischer, tengan el grupo -OH del carbono asimétrico más alejado del carbono carbonílico (el penúltimo) a la derecha se denominan D. Si el –OH queda hacia la izquierda, se llaman L.
LOS ENANTIÓMEROS TIENEN EL MISMO NOMBRE, añadiendo “D” o “L”(Son el mismo compuesto)
LOS EPÍMEROS TIENEN DIFERENTE NOMBRE (Son compuestos diferentes)
Isomería
• No existe relación entre la actividad óptica, dextrógira o levógira, y el carácter D o L de un determinado estereoisómero.
• Sin embargo, los seres vivos son capaces de diferenciarlos y, de hecho, solo utilizan uno de ellos.
SALVO ALGUNAS BACTERIAS, EN LA NATURALEZA TODOS LOS MONOSACÁRIDOS
SON DE TIPO “D”
Isomería óptica• Dos enantiómeros tienen las mismas propiedades
físicas (punto de fusión, densidad, calor específico, etc.) porque son dos formas de la misma molécula
• Sin embargo, tienen actividades ópticas diferentes, ya que desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha -isómero dextrógiro (+)- o hacia la izquierda –isómero levógiro (-).
• La mezcla equimolecular de ambos isómeros se llama RACÉMICO y no tiene actividad óptica neta.
Y TIENEN EL MISMO NOMBRE (glucosa, v.g.)
POR ELLOS SON ISÓMEROS OPTICOS
Isomería óptica
Polarizador
Isomería
+1 -2+1 -1 +3
Ciclación de monosacáridos
• C1 en aldosas
• C2 en cetosas
• C4 en pentosas
• C5 en hexosas
Enlace hemiacetálico
HO
Ciclación de monosacáridos
CONFIGURACIÓN PIRANO
HO
Ciclación de monosacáridos
CONFIGURACIÓN FURANO
Ciclación de monosacáridos• Como consecuencia de la ciclación, los
carbonos C1 y C5, se convierten en asimétricos, apareciendo dos formas isoméricas, que sólo difieren en la ordenación del C1 –aldosas- o C2 –cetosas: son los anómeros
(alfa): -OH hacia abajo del plano de la molécula (beta): - OH hacia arriba del plano de la molécula
Ciclación de monosacáridos
En todas las aldosas (pentosas o hexosas) el hemiacetal se produce entre el aldehído y el alcohol del último átomo de carbono asimétrico.
Hemiacetal: función que se produce al reaccionar un alcohol con un aldehído.
Figura: grupos entre los que se forma el hemiacetal en la D glucosa.
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Para construir la fórmula cíclica …….
Paso a paso
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
O
O
O O
O
H
H-O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Transformación de una fórmula lineal en una cíclica
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
H
H
H
H
O H
H
H
H
H
H
H
H
1) Transformación de una fórmula lineal en una cíclica
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
H
H
H
H
O H
H
H
H
H
H
H
H
2) Transformación de una fórmula lineal en una cíclica
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
H
H
H
H
OH
H
H
H
H
H
H
H
3) Transformación de una fórmula lineal en una cíclica
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
H
H
H
H
OH
H
H
H
H
H
H
H
4) Transformación de una fórmula lineal en una cíclica
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
O
H
H
H
H
OH
H
H
H
H
H
H
H
O
OH
H
OH
H
H
CH2OH
H
OH
C C
C
OH
H
C
C
Para proyectar la fórmula cíclica de una aldohexosa según la proyección de Haworth, esto es perpendicular al plano de escritura, el carbono 1 o carbono anomérico se coloca a la derecha, los carbonos 2 y 3 hacia delante, el carbono 4 a la izquierda y el carbono 5 y el oxígeno del anillo hacia detrás.
Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH2OH se pone por encima y en las L por debajo.
El OH del carbono 1, OH hemiacetálico, 1 se pone hacia abajo en las formas alfa y hacia arriba en las beta.
1
1
5
5
C
C
C
C
C
C
O
O
O
O
H
H
H
H
OH
H
H
H
H
H
H
O
OH
HOH
CH2OH
H
C C
C
OH
H
C
Para proyectar la fórmula cíclica de una cetohexosa según la proyección de Haworth, esto es perpendicular al plano de escritura, el carbono 2, carbono anomérico, se coloca a la derecha, los carbonos 3 y 4 hacia delante, el carbono 4 a la izquierda y el oxígeno del anillo hacia detrás.
Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH2OH (carbono 6) se pone por encima y en las L por debajo.
El OH hemicetálico se pone hacia abajo en las formas alfa y hacia arriba en las formas beta.
CH2OH
OH
2
2
5
5
Formas de representaciónForma : OH a la dcha OH hacia
abajoForma : OH a la izda OH hacia arriba
Otras formas de representación
FORMA TRANS (más estable) FORMA CIS
Propiedades químicas
• Enolización: En medio alcalino los monosacáridos se interconvierten en la forma:
ALDOSA EPÍMERO CETOSA
O
Glucosa Manosa Fructosa
Las reacciones van a través de un intermediario inestable llamado ENOL
R- C=CHOH
OH
Propiedades químicas
• Oxidación-reducción: El grupo carbonilo es un grupo reductor y puede oxidarse dando ácidos; también puede reducirse dando alcoholes:
ALDOSA
Glucosa
CHO
CH2OH
COOH
CH2OH
Ej.: vitamina C
Ac. ALDONICO
(ac. glucónico)
OX
COOH
CHO
Ej.: en el ácido hialurónico
Ac. URÓNICO
(ac. glucurónico)
OX
OX
COOH
Poco interés biológico
Ac. ALDÁRICO
(ac. glucárico)
COOH
red
CH2OH
CH2OH
AZÚCAR-ALCOHOL
Sorbitol
• Reacciones de sustituciónDerivados aminados
Propiedades químicas
CHO
CH2OH
HCOH + HNH2
CH2OH
CHOHCNH2
H2O H2O
Derivados N-acetilados
CH3- COOHCHO
CH2OH
HCNH- CO-CH3
HO- P = O
OH
OH
CHO
CH2O- PO3H2
HCOH
H2O
Ésteres fosfóricos
• Glucemia normal (en ayunas):70-100 mg/100ml
• Hipoglucemia: <50-60 mg/100ml• Hiperglucemia:>125 mg/100ml
• En la fruta, miel,…• Unida a la glucosa
forma la sacarosa
Derivados de monosacáridos
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