HIDRATOS DE CARBONO

BQ-113

MedicinaDra. Cinthya Bonilla

FCM-UNAH

DIAGRAMA

Definición

Estructuras

Funciones

Clasificación

Otros

Hidratos de

Carbono

HIDRATOS DE CARBONO

Son compuestos formados por Aldehídos o cetonas con 2 o mas grupos hidroxilos(derivados de polihidroxialcoholes)

Formula general es (CH2O)n n≥3, pueden contener N, P o S.

Llamados Sacáridos o azucares

Biomoléculas mas abundantes de la Tierra.

Son la mayor fuente de energía: fotosíntesis

HIDRATOS DE CARBONO

Cada año se convierten mas de 100 billones de toneladas metricas de CO2 y H2O a celulosa por medio de la fotosintesis.

Algunos carbohidratos como el azucar y los almidones son la base de la dieta en la mayoria de los paises y la oxidacion de los carbohidratoses la principal via para la obtencion de energia en la mayoria de lascelulas no fotosinteticas.

Los polimeros insolubles de carbohidratos sirven como elementosestructurales y protectores en las paredes celulares de las bacterias, plantas y tejidos conectivos de los animales. Algunos otros polimerosfuncionan como lubricantes para articulaciones y participan en el reconocimiento y adhesion entre celulas.

Fuente de energía (glucosa)

Almacenamiento de energía (glucógeno, almidón)

Fuente de carbón

Estructurales/ protección (tejido conectivo)

Reconocimiento/Señalización (anticuerpos utilizados por el sistema inmune)

Anticongelantes

Unión a otras macromoléculas (GLICOCONJUGADOS: glicoproteínas y glicolípidos)

Adición de fibra en la dieta

Anticoagulantes

Lubricantes de articulaciones

Componentes de nucleótidos

Adhesión celular

Determinantes de grupos sanguíneos

Funciones de los hidratos de C

CLASIFICACIÓN

I. Número de unidades de azúcar

II. Número de átomos de C

III. Posición del grupo C=O (carbonilo)

IV. Estereoquímica

I.- NÚMERO DE UNIDADES DE AZÚCAR:

1 MONOSACÁRIDOS1 sola unidad

2OLIGOSACÁRIDOSpor hidrólisis producen de 2 a 10 moléculas

3POLISACÁRIDOS

más de 10 moléculas

MONOSACARIDOS

DEFINICION:

Solidos cristalinos, incoloros, de sabor dulce, muy solubles en agua e insolubles en solventes no polares.

ESTRUCTURA:

Su esqueleto esta formado por cadenas de carbonos no ramificadas, donde todos los carbonos estan unidos porenlaces covalentes simples.

En la forma lineal uno de los carbonos tiene un doble enlace con un atomo de oxigeno formando el grupo carbonilo. Si el grupo carbonilo esta al final de la cadena es una ALDOSA, siesta en cualquier otra posicion es una CETOSA.

MONOSACÁRIDOS

Son los azucares mas sencillos: una sola unidad de aldehido o cetona con 2 o mas grupos hidroxilos = azucares simples.

No se pueden hidrolizar.

Mas abundante es la dextrosa: D-glucosa de 6 carbonos.

Los mas abundantes tienen 5 o 6 carbonos (pentosas y hexosas) y tienden a ser ciclicos en solucion acuosa.

Hay varios tipos según el numero de carbonos:

1. Triosas (3 carbonos)

2. Tetrosas (4 carbonos)

II. POR NÚMERO DE ÁTOMOS DE C

• Pueden ser aldosas o cetosas

MONOSACÁRIDOS

III.- POR LA POSICIÓN DEL GRUPO C=O

MONOSACÁRIDOS

ALDOSAS Y CETOSAS

Todos los monosacáridos son aldosas y

cetosas.

Poseen la misma composición atómica.

Son tautómeros: isomeros estructurales que

difieren en la disposición de sus H y dobles

enlaces.

Pueden interconvertirse:

MONOSACARIDOS

EJEMPLOS

IACTIVIDAD OPTICA

Enantiómeros

Pares de estereoisómeros (Carbonos quiralesasimetricos)

Centro quiral: tiene 4 sustituyentes diferentes

Imágenes espejo no superpuestas, Hay dos grandes familias: D (dextrorotatorios) y L (levorotatorios)

Son óptimamente activos, debido a la presencia de carbonos asimétricos.

Proyecciones de Fisher: forma mas compacta de representarlos.

MONOSACARIDOS

ENANTIÓMEROS

ENANTIOMEROS DE LOS MONOSACÁRIDOS EN LA

NATURALEZA

IV.- POR ESTEREOISOMERIA

Estereoisomería:

Arreglo en el espacio de las moléculas: Dos compuestos presentan la misma formula molecular pero la disposición espacial de los grupos H y OH son diferentes.

Ej: glucosa y fructosa (C6 H12 O6 ). (Estereoisómeros)

Estereoisómeros: El mismo orden y tipos de enlaces

Diferentes arreglos espaciales

Diferentes propiedades

MONOSACARIDOS

EPIMEROS:

Dos azucares que difieren solamente por la

configuracion alrededor de un carbono .

MONOSACARIDOS

Diasteriomeros:

Pares de estereoisomeros que no son

imagenes de espejo

2,3 butano disustituido

Anomeros:

Son isomeros de monosacaridos que difieren

solo en la configuracion del carbono hemiacetal

(carbono del grupo carbonil).

MONOSACARIDOS

ESTRUCTURA CICLICA

En solución acuosa

Monosacáridos con 5 o más C (pentosas y hexosas)

Union hemi-acetal del C1 (aldehido) y el C5 (hidroxilo)

MONOSACARIDOS

Las 4 hexosas mas comunes (enantiomeros D, anomeros β)

Isomeros Conformacionales:

El anillo de piranosa en las conformaciones de silla y de bote(diferente estructura tridimensional)

MUTARROTACIÓN

La interconversion de los anomeros α y β

REVISIÓN DE LOS TÉRMINOS

Isomeros conformacionales

CATALISIS DE MONOSACARIDOS

Por oxidación:

Por reducción:

Desoxiderivados

Aminoderivados

Derivados

de

Monosacáridos

Esteres fosfato

1

ÁCIDOS ALDONICOS

-El grupo aldehído se oxida a

carboxilo. Ejm. ácido

glucónico

-Oxidación suave de una

aldosa con Cu (II) [sln

Fehling].

- Precipitado rojo (Cu2O)

prueba de detección de

azúcar.

-Con el ion Ag+ como

oxidante y su reducción plata

metálica. (espejo)

2

LACTONAS

- Esteres intramoleculares de

(1)

- Los ácidos aldónicos libres

están en equilibrio con

las lactonas en disolución

- Ejm: 6-fosfoglucolactona.

- Otra lactona modificada es el

acido L-ascórbico (Vit C).

3

ÁCIDOS URONICOS

-Catalizada por enzimas

- Ejm: acido glucuronico

importante en las reacciones

de detoxificacion y

componente de polisacáridos

naturales

Derivados de los monosacáridos

POR OXIDACIÓN

DERIVADOS POR REDUCCIÓN

ALDITOLES

Reducción del grupo carbonilo

En la naturaleza los mas importantes: eritriol, D-manitol y el D-glucitol (sorbitol).

Son polialcoholes:

Inositol: alcohol policíclico que es constituyente de lípidos de membrana llamados fosfoinositoles, cuya hidrólisis da lugar a señales químicas (2º mensajeros).

Cuando el sorbitol se acumula en el cristalino del ojo en los px diabéticos puede dar lugar a la formación de cataratas.

DESOXIDERIVADOS

1. 2-D-desoxirribosa: presente

en el DNA.

2. D-ribosa: presente en el ARN

L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa)

L-fucosa (6-desoxi-galactosa) parte de las paredes celulares de bacterias y del glucocaliz de células procariotas

Ácidos siálicos:

ácido N-acetil

neuramínico

(NANA), compuesto

aislado del tejido

nervioso.

Aminoderivados

Dos derivados de

azucares simples se

encuentran en

muchos polisacáridos

naturales:

- β-D-glucosamina

- β-D-galactosamina

Modificaciones

-β-D-N acetilglucosamina

- Acido muramico

- Acido N-acetilmuramico

- β-D-N-acetilgalactosamina

Se encuentran en

oligosacaridos y polisacáridos

complejos

ESTERES FOSFATO

Los azucares fosfato son

intermediarios importantes del

metabolismo.

Actúan como compuestos

activados en las síntesis.

GLUCOSIDOS

Se forman por eliminación de una molécula de agua entre el hidroxilo anomérico de un monosacárido cíclico y el OH de otro compuesto (O-glucósido)

Muchos se encuentran en tejidos animales y vegetales

Algunos son tóxicos: actúan como inhibidores de las enzimas que participan en la utilización del ATP.Ejm:

- Ouabaina: inhibe la acción de las enzimas que bombean los iones Na y K

- Amigdalina: semillas de almendras amargas, produce cianuro de H (HCN) por hidrólisis.

Abreviaturas utilizadas para algunos residuos de monosacáridos

OLIGOSACARIDOS

DEFINICION:

Son polimeros cortos formados por varios

monosacaridos unidos por medio de enlaces

glucosidicos.

Surgen por condensación de 2 – 10

monosacáridos,

Disacáridos: unión de dos monosacáridos (+

sencillos y de > importancia biológica)

ENLACE GLUCOSIDICO

Enlace glucosidico: cuando un grupo OH de un azúcar u otro compuesto

que no es azúcar reacciona con el carbono anomerico de un azúcar. Esta

es una reacción de condensación con liberación de agua.

FUNCIONES DE LOS OLIGOSACARIDOS:

COMO MARCADORES CELULARES

Células marcadas en sus superficies.

Permite interactuar con otras células y

moléculas

Reconocimiento de lo propio

(inmunologia)

Deben estar unidos a proteínas de

manera especifica.

Lectinas: proteínas de fijación de las

bacterias al glucocaliz del epitelio

intestinal

La unión especifica de lectinas a los grupos oligosacaridos de las moléculas de glucoconjugados.

a) Interacciones célula-célula (rodar de leucocitos)

b) Infecciones celulares por bacterias

c) Infecciones celulares por virus

d) Unión de toxinas a las células (cólera)

DISACARIDOS

Consisten en dos monosacaridosunidos por un enlace covalente O-glucosidico formadocuando el grupohidroxilo de un azucar reaccionacon el carbonoanomerico de otro. Formacion de maltosa a partir de

dos moleculas de D-glucosa

DIAGRAM

•Maltosa•Trehalosa•Sacarosa•Isomaltosa•Celobiosa•Lactosa

Disacáridos mas abundantes

-La sacarosa, lactosa y trehalosa constituyen reservas de energía soluble en plantas y animales.

- La maltosa y celobiosason productos intermediarios de la degradación de polisacáridos.

DISACARIDOS

Lactosa:

- Disminución en la síntesis de la lactasa tras la infancia

- Intolerancia a la lactosa

- Sin digestión pasa al ID

- Presión osmótica extrae agua de los tejidos de alrededor

- Bacterias digieren disacáridos (fermentación)= gas (hinchazón y retortijones)

DISACÁRIDOS MAS IMPORTANTES

Maltosa

Enlace α 1→4

Se obtiene a partir de la

hidrólisis enzimática del

almidón

Producción de cerveza

Trehalosa

Enlace α 1→1

Hongos , levaduras y

hemolinfa de insectos

Sacarosa

Enlace α 1→ β 2

Azúcar de mesa o

azúcar común

Formado por fructosa y

glucosa

Celobiosa

Enlace β 1→4

Se obtiene a partir de la

hidrólisis de la celulosa

Constituyente principal de la

pared celular en las plantas

superiores

Lactosa

Formado por una unidad de

galactosa y otra de glucosa

Enlaces β -1→4

Lactasa: intolerancia

Isomaltosa: proviene de la

hidrólisis del almidón y el

glucógeno, pero de los

puntos de ramificación, por

ello posee enlaces α-1,6

DISACÁRIDOS MAS ABUNDANTES

POLISACARIDOS

DEFINICION:

Son polimeros de monosacáridos fusionados por enlaces glucosidicos(desde 10 hasta miles de unidades) con pesos moleculares medianosy altos. Tambien son llamados GLICANOS.

Se diferencian por la recurrencia de las unidades de monosacaridos, por la longitud de sus cadenas y el grado de ramificacion.

No tienen un número fijo de monosacáridos (excepto los de superficies celulares)

Según la función biológica que desempeñan hay dos grandes grupos de polisacáridos:

1. De reserva o almacenamiento

2. Estructurales

POLISACÁRIDOS

Según las unidades de monosacáridos:

Homopolisacáridos: solo un tipo de monosacarido (ej: solo glucosa =Glucanos) Almidón

Glucógeno

Celulosa

Quitina

Heteropolisacáridos: cuando participan dos o mas tipos de monosacaridos. Ejm: glucosaminoglicanos

DE RESERVA O ALMACENAMIENTO

Son aquellos polímeros que los organismos

sintetizan, almacenan y posteriormente degradan,

para usar las unidades monosacáridos ya sea

como combustible metabólico o materia prima para

sintetizar otras moléculas.

Los principales son:

- Amilosa y amilopectina (almidón)

- Glucógeno

POLISACÁRIDOS

ALMIDÓN

El almidón es la fuente mas importante de carbohidratos.

Es importante en nutrición humana. Las enzimas que hidrolizan los almidones se conocen como amilasas y . El almidón esta constituido por:

Amilosa: en un 15 – 20 %, enlaces 1 – 4.

Amilopectina: en un 80 – 85 %, cadena ramificada tiene de 20 – 30 residuos de glucosa que están unidos por 1 – 4 en las cadenas y cuando se ramifican los enlaces son 1 – 6.

Polisacáridos de almacenamiento

AMILOSA

Debido al enlace α1→4

favorece una la conformación

helicoidal.

La amilopectina por ser

ramificada no la presenta.

Polisacáridos de almacenamiento

AMILOPECTINA

Polisacáridos de almacenamiento

Hay un punto de ramificación cada 10-20 residuos

GLUCÓGENO

Almacenamiento de energía en los animales

Almacenado en el hígado y músculo como gránulos

Similar a amilopectina

Posee muchos extremos reductores: permite la rápida movilización de Glucosa

Hay puntos de ramificación cada 8 residuos

Polisacáridos de almacenamiento

ESTRUCTURALES

Son aquellos que los organismos sintetizan para

incorporarlos en la infraestructura física de los

organelos, y espacios intercelulares.- (formación

de tejidos).

La celulosa

La quitina (exoesqueleto de los artrópodos) y los

Glucosaminoglicanos de los tejidos conectivos

animales.

POLISACÁRIDOS

CELULOSA

Plantas leñosas y fibrosas

Polímero mas abundante de la biosfera

Polímero lineal de D-glucosa unidas por enlace β 1→4.

Sus fibrilla presentan una gran resistencia mecánica.

Las enzimas animales no pueden hidrolizar la celulosa (β 1→4)

- Rumiantes (vacas): bacterias simbióticas que producen las

celulasas necesarias

- Termitas: protozoos capaces de digerirla

paredes celulares de plantas: Xilanos, glucomananos y otros

polisacáridos (HEMICELULOSA)

Polisacáridos estructurales

CELULOSA

Polisacáridos estructurales

Estructura de la celulosa

Organización de las paredes de las células vegetales

QUITINA

Forma parte del carapazón, defiende a

insectos, crustáceos, moluscos y otros

seres vivos de su contacto con lo

externo.

Es el segundo polímero más abundante

en el planeta

Quitosan: "imán bioquímico", capaz de

detectar sustancias nocivas.

- Industria alimenticia

- Cosmética

- Papelería

- http://www.invdes.com.mx/anteriores/No

viembre2000/htm/quitina.html

Polisacáridos estructurales

HIDRATOS DE CARBONO COMPLEJOS

1GLUCOSAMINOGLICANOS.

2PEPTIDOGLICANO

Polisacárido de la pared celular

bacteriana

3 GLUCOPROTEINAS

4GLICOLIPIDOS Y

LIPOPOLISACARIDOS

1. GLUCOSAMINOGLUCANOS

DEFINICION:

Son polímeros lineales de unidades repetidas de disacáridos (heteropolisacaridosextracelulares)

FUNCIONES:

Importancia estructural en vertebrados: proveen viscosidad, adhesividad y fuerza tensil a la matriz extracelular

Atraen grandes volúmenes de agua.

GLUCOSAMINOGLICANOS

Condroitín sulfato Componente del cartílago

Dermatán sulfato La [ ] ↑ durante el proceso del envejecimiento

Heparina Actividad anticoagulante.

Se encuentra en los mastocitos

Queratán sulfato Se encuentra en la cornea, el cartílago y los discos invertebrales

Acido hialurónico GAG mas abundante en el humor vítreo del ojo y liquido sinovial de las

articulaciones

Cordón umbilical

Agente que la viscosidad o como agente lubricante

Capacidad de retener el agua en un porcentaje equivalente a miles de

veces su peso (cosmética)

FUNCIONES NO ESTRUCTURALES

Heparina: muy sulfatado

- Anticoagulante natural

- Se une a la antiprotombina III: inhibe las enzimas de la

coagulación

- Se utiliza como fármaco

GLUCOSAMINOGLUCANOS

2. COMPLEJO PROTEOGLUCANO

DEFINICION:

Son glicoconjugados con una

proteina central unida

covalentemente por enlaces –O

y -N a un glicano grande

(CS(condroitin sulfato), HS

(heparin sulfato) o QS (queratin

sulfato)

GLUCOSAMINOGLUCANOS

2. COMPLEJO PROTEOGLUCANO

FUNCIONES:

Mantener juntos los componentes proteicos de la piel y del tejido conjuntivo.

Complejo proteína-hidrato de carbono (5/95%) y Predominan en la matriz extracelular de los tejidos

Proporciona soporte y elasticidad al cartílago

- Una molécula larga de acido hialuronico

- Se une al colágeno y ayuda a mantener las fibras en una red firme y resistente

Unidas al exterior de la membrana plasmaticapor un pepetido transmembranoso o un lipidocovalentemente unido, proveen puntos de adhesion, reconocimiento y de transferenciade informacion entre las celulas y la matrizextracelular.

GLUCOSAMINOGLUCANOS

MUCOPOLISACARIDOSIS

Son errores innatos del metabolismo de los

glucosaminoglicanos producidos por la

acumulación progresiva de estas macromoléculas

en los lisosomas a consecuencia de la deficiencia

de las enzimas responsables de su degradación

dentro de estos organelos.

Ejm: Sd de Hurler: enfermedad autosómica

recesiva, se produce una acumulación de

Dermatán Sulfato

GLUCOSAMINOGLUCANOS

3. GLICOPROTEINASDEFINICION:

Las glicoproteinas son conjugados de proteinas y carbohidratos en las que los oligosacaridos (covalentemente unidos) son mas pequeños pero estructuralmente mas complejos que los glucosaminoglicanos de los proteoglicanos (por tanto son mas ricos en informacion)

FUNCIONES:

Son parte de la superficie celular

Son proteinas extracelulares

Son proteinas secretadas

Los oligosacaridos unidos a la molecula:

Determinan la capacidad de doblamiento y estabilidad de las proteinas

Proveen informacion critica acerca del blanco de las proteinas reciensintetizadas

Permiten el reconocimiento especifico por parte de otras proteinas

3. GLICOPROTEINAS

FUNCIÓN GLUCOPROTEINA

Estructural Colagenas, elastina, fibrinas

Interacción célula-célula y

adhesión celular

Fibronectina, laminina, colagenas

Enzimatica Ribonucleasa B, protombina, proteasas,

glucosidasas

Hormonal Tiroglobulina, eritropoyetina, gonadotropinas,

tirotropin

Transportadoras Ceruloplasmina, transferrina

Inmunitaria Igs, sistema de complemento, interferon, grupos

sanguíneos, antigenos de histocompatibilidad

Lubricante y protectora

Interacción célula-virus

Mucinas

gp 120 (VIH) se une al receptor CD4 (humano)

Fx CH: Protegen a las proteínas de la desnaturalización y proteolisis.

GLICOPROTEINAS

Con enlace -N Con enlace -O

Las cadenas de sacáridos (glucanos) pueden ligarse a las proteínas de dos formas:

Se unen a través de la N-

acetilglucosamina o de la N-

acetilgalactosamina por medio

de enlaces con la asparagina;

•Igs: reconocimiento

•Marcaje intracelular en

eucariotas: destino adecuado

postraducción

Se unen mediante un enlace

glucosidico O- entre la N-acetil

galactosamina y el grupo –OH de un

residuo de treonina o serina.

•colágeno: hidroxilisina o

hidroxiprolina

-Peces del antártico: proteína

anticongelante

-Mucinas: aumentan la viscosidad de

los líquidos

-Ag de los grupos sanguíneos:

identificación celular y molecular

EJ:

ANTÍGENOS DE LOS GRUPOS SANGUÍNEOS

Los oligosacaridos determinan los

tipos de grupos sanguíneos en el

ser humano

Sistema ABO

Todos los seres humanos

producen el sacárido del grupo O.

El ser humano produce

anticuerpos contra los Ag A y B

pero los del grupo O no son

antigénicos

Ag del grupo sanguíneo

ABO

ANTÍGENOS DE LOS GRUPOS SANGUÍNEOS

Recepción:

Receptor universal: AB**

Donación:

Donador universal: O

4. GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS

DEFINICION:

Son componentes de las membranas plasmaticas con cadenas de oligosacaridos unidas covalentemente que quedan expuestas en la superficie externa de las celulas.

Son la caracteristica dominante de la membrana externa de bacterias gram negativo como Escherichia coli y Salmonella typhimurium.

FUNCIONES:

Son blanco principal de anticuerpos secretados por el sistema inmunede los vertebrados en respuesta a la infeccion bacteriana

Son importantes determinantes de los serotipos de las cepasbacterianas (serotipos: cepas clasificadas en base a sus propiedadesantigenicas)

Mecanismos de patogenicidad en bacterias: pueden ser toxicas para el humano, ej: responsables del sindrome de shock toxico causado porinfecciones causadas por bacterias gram negativo.

POLISACÁRIDOS DE LA PARED CELULAR BACTERIANA

Gram (+)

- Complejo péptido

polisacárido de

muchas capas

(peptidoglucano)

- Por fuera de la

membrana celular

POLISACÁRIDOS DE LA PARED CELULAR BACTERIANA

Gram (-)

- Una sola capa,

cubierto por la

membrana

celular lipidica

APLICACION

Identificacion de Grupos Funcionales

Las siguientesfiguras muestranalgunasbiomoleculasconteniendo gruposfuncionalescomunes, encierrey nombre los grupos funcionalesque identifique.

PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES

CONSTRUIR UN DIAGRAMA DE FLUJO

UTILIZANDO LOS SIGUIENTES TERMINOS:

Monosacarido

Glicosacarido

Oligosacarido

Disacarido

Polisacarido

Aldosa

Cetosa

Epimeros

Anomeros

Mutarotacion

Glicoproteina

Glicolipido

Diasteromeros

Enantiomeros

Estereoisomeros

Uniones glicosidicas

Glicosaminoglicano

Proteoglicano

Hidratos de carbono