Hidratos de carbono

Profesor Cristian Omar Alvarez De La Cruz

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Los H.C. son las moléculas orgánicas más abundantes de la naturaleza, con una gran variedad de funciones.

Sirven de Energía de uso inmediato. (Aunque también pueden almacenarse).

Son componentes estructurales de membranas celulares, exoesqueletos de muchos insectos y la celulosa de las plantas.

La siguiente reacción es fundamental para la biodiversidad que hay hoy en la Tierra:

6H2O + 6CO2 + Energía C6H12O6 + 6O2

C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + Energía

Pueden clasificarse dependiendo de los monómeros que la conforman en: Monosacáridos, Disacáridos, Oligosacáridos, y Polisacáridos.

Su fórmula química es (CH2O)n. De acuerdo al grupo funcional que tienen se

pueden clasificar en Aldosas o Cetosas.

Aldosas Cetosas.

Aldotriosa Aldotetrosas Aldopentosas

Aldohexosas

Cetotriosa Cetotrosa

Cetopentosa Cetohexosa

Isómeros: compuestos con misma fórmula molecular pero diferente estructura.

Enantiomero: es la imagen espejo (especular) de la molécula. Esta puede ser “D o L”

Estructural: cambian de función química; de aldosas a cetosas (el lugar del grupo carbonilo).

Estereoisómeros: es un isómero que tiene la misma fórmula

molecular y la misma secuencia de átomos enlazados, con los mismos enlaces entre sus átomos, pero difieren en la orientación tridimensional de sus átomos en el espacio. Y pueden ser:

Epímero: Diferencia de un solo centro Quiral (Carbono asimétrico). Disteroisómeros: Diferencia en más de dos centros Quirales

Los enantiómeros son imágenes especulares (reflejo) de una molécula “x”. Lo que da origen a los términos D y L.

D- fulanitosa

L- fulanitosa

Cada centro quiral tendrá entonces dos estereoisómeros.

Para “n” centros quirales 2n. Ejemplo: D - gliceraldehído

Sólo tiene un C quiral

21= 2

Para la siguiente aldosa:

a) Cuantos esteroisómeros tiene:

b) Cuál es su fórmula molecular:

c) Escribe su enantiómero:

d) Escribe un isómero estructural:

e) Escribe un epímero de este:

f) Escribe un Disteroisómero de este:

g) Según su clasificación monomérica es un:

h) De acuerdo a la clasificación por grupo funcional y número de carbonos es un..

a) Cuantos esteroisómeros tiene: 16

b) Cuál es su fórmula molecular: C5H10O5

c) Enantiómero:

d) Isómero estructural:

e) Epímero

f) Diasteroisómero

g) Clasificación monomérica : Monosacárido

h) Clasificación por grupo funcional: Aldopentosa

Menos del 1% de cada uno de los monosacáridos con 5 ó más carbonos existe en forma de cadena abierta.

Estos H.C. presentan una conformación en anillo (Estructuras de Haworth), que se forma por un enlace hemiacetal (si es aldehído), o hemicetal (si es cetona).

Las aldosas de 6C forman “Piranosas”. Las cetosas de 6C y las aldosas de 5C forman

furanosas.

Los esteroisomeros de estos azucares en forma de anillo se les llama “anómeros”.

Su nombre dependerá de la disposición del OH del carbón anomérico (C1 para Aldosas C2 para Cetosas).

α si está hacia abajo el OH β si está hacia arriba el OH

α-D-Glucopiranosa β-D-Glucopiranosa

Nota: Si el OH quiral está hacia la derecha, en Haworth va hacia abajo; y si va hacia la

izquierda, en Haworth va hacia arriba.

Para el siguiente monosacárido escribe su conformación de Haworth, y nómbralo utilizando su nomenclatura correspondiente:

α-D-Galactopiranosa

Para el siguiente monosacárido escribe su conformación de Haworth, y nómbralo utilizando su nomenclatura correspondiente:

α-D-Ribofuranosa

Para el siguiente monosacárido escribe su conformación de Haworth, y nómbralo utilizando su nomenclatura correspondiente:

α-D-Psicofuranosa

Las uniones que se forman con los monosacáridos se les llama “enlaces glucosídicos”.

Si el grupo al que está unido es un –NH2 es un enlace N – glucosídico.

Si el grupo al que está unido es un –OH es un enlace O – glucosídico.

Cuando una molécula de monosacárido está unida a través de un átomo de carbono anomérico al grupo hidroxilo del carbono de otro monosacárido se le llama Disacárido.

El carbono anomérico de un monosacárido puede formar enlaces con cualquiera de los OH de otro monosacárido.

Ejemplo: alfa ó Beta (1,1), (1,2), (1,3), (1,4) y (1,6).

El simple hecho de que la unión fije un tipo de anómero α o β; producirá un disacárido diferente. Ejemplo la Maltosa y la Celobiosa. AMBAS formadas por glucosas.

La mayoría de los H.C. naturales se encuentran en forma de polisacáridos.

También se les conoce como “Glucanos”. Difieren entre sí por:

• Unidades monoméricas repetitivas • Tipos de enlace entre unidades • Longitud de sus cadenas • Grado de ramificación • Función

Homopolisacáridos: formados por el mismo tipo de monosacárido.

Heteropolisacáridos: formados por diferentes monosacáridos.

Los polisacáridos de glucosa con enlaces tipo Alfa “α” son la reserva energética de los organismos. Ejemplo: Almidón (en plantas) Glucógeno (Animales) Dextranos (bacterias y levauras)

Las paredes celulares están formadas por polisacáridos con uniones Beta “β”. Ejemplo: Celulosa: plantas Quitina: insectos Peptidoglucanos: bacterias Agarosa: Algas

GAG* (Glucosaminoglucanos), forma la matriz extracelular; proporcionan a los tejidos “animales” resistencia, compresión además de rellenar sus espacios intercelulares. Permiten la difusión de nutrientes y oxígeno por los tejidos. Generan una gran variedad de proteoglucanos.

GAG Localización

Ácido Hialurónico Lubricante, Líquido sinovial de las articulaciones, Humor vítreo; Resistencia y elasticidad MEC* cartílagos y tendones.

Heparina Hace que la antitrobina se una e inhiba a la trombina, una proteasa esencial para la coagulación de la sangre.

Sulfato de Queratán Presente en la Córnea, cartílago, huesos, cuernos, pelo, pezuñas, uñas y garras.

Sulfato de Condroitin Tensión de Cartílagos, tendones, ligamentos y paredes de la aorta.

Sulfato de Dermatán Flexibilidad de la piel , vasos sanguíneos y válvulas cardiacas

*MEC: Matriz extracelular

La superficie celular y la matriz extracelular están compuestas de moléculas ricas en hidratos de carbono.

Estos azucares están unidos covalentemente a

proteínas o lípidos de membrana; siendo el glucoconjugado la molécula biológicamente activa.

Su papel principal es el de transportar la información: actúan en el reconocimiento y adhesión celular, respuesta inmune, migración celular, etc.

Estos Glucoconjugados pueden ser: Proteoglucanos, Glucoproteínas y Glucolípidos.

Proteoglucanos: Una proteína núcleo está unida covalentemente a uno o mas

GAG* de gran tamaño, tales como el sulfato de haparán, sulfato de condroitina o el sulfato de queratán.

El GAG* es la porción mayor (en masa) de la molécula, y a menudo es el principal sitio de actividad biológica.

Estas moléculas son uno de los principales componentes del tejido conjuntivo como el cartílago, en el cual sus muchas interacciones no covalentes con otros proteoglucanos, proteínas y GAG* proporcionan resistencia y elasticidad.

Están implicados también en la adhesión, el reconocimeinto y la transferencia de información entre células o entre la célula y la matriz extracelular.

Glucoproteínas: Tienen uno o varios oligosacáridos de diversa complejidad

unidos covalentemente a una proteína. Se encuentran en el lado externo de la membrana plasmática,

en la matriz extracelular y en la sangre. Dentro de las células: en el aparato de Golgi, lisosomas y los

gránulos de secreción. Son ricos en información, formando sitios específicos para el

reconocimiento y la unión de elevada afinidad a otras proteínas.

Unión de oligosacáridos a proteínas. a) Los oligosacáridos O-unidos tienen un enlace

glucosídico con el grupo hidroxilo de los residuos Ser o Thr (sombreado en rosa).

b) Los oligosacaridos N-unidos, tienen un enlace N glucosídico con el nitrógeno de la amida del residuo Asn (sombrado en verde)

Glucolípidos y lipoproteínas: Son lípidos de membrana en los que los grupos hidrofílicos de

cabeza son oligosacáridos. Expuestos en la superficie exterior de la célula.

Actúa en el reconocimiento celular y como receptor antigénico. Determinan los grupos sanguíneos A, B y O.

Lehninger Principios de Bioquíica por David L. Nelson and M. Cox. Quita Edición Bioquímica. Por Richard Harvey y Denise Ferrier. Quinta edición. Editorial Lippincotts. Bioquímica Humana Texto y atlas de Koolman – Roehm. Editorial Panamericana, 4ta Edición. Bioquímica Ilustrada de Harper. Editorial Lange. 28ª Ed¡dición. Bioquímica Conceptos esenciales de Feduchi. Editorial Panamericana. Bioquímica “La base molecular de la vida” de Trudy y James Mckee. Editorial McGrawHill.

Tercera edición. Biochemestry of R.H. Garrett and C.M.Grisham. Third Edition.