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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)
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
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
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
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)
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.
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
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
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.
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