ESTRUCTURA DE LOS CARBOHIDRATOS

• Son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. En los vegetales, frutas, en alimentos preparados como el pan, pastas en algunos organismos vivos, en cartílagos, ligamentos.

• Son la fuente de energía de la mayoría de los seres vivos. La oxidación de glúcidos (glucosa) es la principal ruta de obtención de energía en la mayoría de células no fotosintéticas.

• Cumplen muchas funciones biológicas.

• Ciertos glúcidos como el azúcar y el almidón son fundamentales en la dieta humana.

• Los polímeros glucídicos insolubles actúan como elementos estructurales y de protección en las paredes celulares de las bacterias y las plantas y los tejidos conjuntivos de los animales. Otros polímeros glucocídicos lubrican las articulaciones óseas y participan en el reconocimiento y la adhesión intercelulares. Polìmeros glucocídicos más complejos, unidos covalentemente a proteínas o lípidos, actúan como señal de localización intracelular o de destino metabólico de estas moléculas híbridas denominadas glucoconjugados.

• Son compuestos orgánicos que se componen de C, H y O. Son polihidroxidados (muchos OH)

• Muchos se adaptan a la fórmula: Cn(H2O)n, n≥3. Otros contienen N, P, S. Por cada Carbono se tiene una molécula de agua. Pero existen algunos carbonos derivados de los carbonos normales que tienen N, P, S.

• En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo. El carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO), o un grupo cetónico (-CO).

• Son POLIHIDROXIALDEHIDOS o POLIHIDROXICETONAS

glucosa 6-fosfato

Clasificación

La isomería es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con igual fórmula química (iguales proporciones relativas de los átomos) presentan estructuras moleculares distintas y por ello, diferentes propiedades.

Proyección Fisher

A un diastereómero se le denomina eritro si en la proyección de Fischer dos grupos similares están situados al mismo lado de la molécula y se le denomina treo si están situados en lados opuestos.

L aforma D es la predominante en la Naturaleza.

Quiralidad

Funciones de Carbohidratos

Energética

Estructural Exoesqueleto de insectos,

paredes celulares de plantas, En tejido óseo, cartilaginoso,

liquido sinovial, tejido conjuntivo.

Capacidad Informativa

transducción de señales, interacción

célula-célulaPrecursores de otras

moléculas

(metabolismo)Son constituyentes

de los ácidos nucleicos

Configuración

relativa

Serie D

Serie L

D-Gliceraldehido

L-Gliceraldehido

D-Glucosa L-Glucosa

Con la excepción de la dihidroxiacetona, en todos los monosacáridos simples hay uno o varios carbonos asimétricos (CARBONO QUIRAL).

Tipos de Isómeros

Enantiómeros

Estereoisómeros con imágenes especulares no superponibles.

Diasteroisómeros

Estereoisómeros con imágenes no especulares.

Epímeros

Estereoisómeros que se diferencian únicamente en la configuración de un centro asimétrico. Se diferencian solo en un Carbono.

CARBONO

QUIRAL

Gliceraldehido

Dihidroxiacetona

D-manosa D-galactosa

Los Monosacáridos o azúcares simples: consisten en una sola unidad de polihidroxialdehído o cetona. El monosacárido más abundante en la naturaleza es la D-glucosa de seis átomos de carbono, a veces llamada dextrosa. Los monosacáridos de más de 4 átomos suelen poseer estructuras cíclicas.

Los oligosacáridos (hasta 20 unidades): consisten en cadenas cortas de unidades de monosacáridos, o residuos, unidas por los característicos enlaces glucosídicos. Lo más abundantes son los disacáridos, formados por dos unidades de monosacárido. El más conocido es la sacarosa, o azúcar de caña, formado por los azúcares de seis carbonos D-glucosa y D-fructuosa.

-Todos los monosacáridos y disacáridos comunes tienen nombres que terminan en el sufijo “osa”. La mayor parte de oligosacáridos con tres o más unidades de monosacárido no se encuentran libres en la célula sino unidos a otro tipo de moléculas (lípidos o proteínas) formando glucoconjugados.

Los polisacáridos son polímeros que contienen más de 20 unidades de monosacárido. Algunos constan de centenares o millares de unidades de monosacárido. Algunos polisacáridos, como la celulosa, son cadenas lineales, otos como el glucógeno, están ramificadas. El almidón y la celulosa consisten en unidades respectivas de D-glucosa, pero difieren en el tipo de enlace glucosídico y tienen propiedades y funciones biológicas diferentes.

Monosacáridos (Glúcidos más simples)

Son aldehídos o cetonas, con uno o más grupos hidroxilo. Los átomos de carbono a los que se unen los grupos hidroxilo son a menudo centros quirales que dan lugar a muchos esteroisómeros de los azúcares que se encuentran en la naturaleza.

Los monosacáridos son sólidos incoloros y cristalinos, solubles en agua e insolubles en disolventes no polares. La mayoría tiene sabor dulce. El esqueleto de los monosacáridos comunes

Clasificación según el numero de

unidades estructurales

Monosacáridos

Monosacáridos Simples

Monosacáridos Derivados

Disacáridos Reductores

No Reductores

Oligosacáridos (hasta 20 unidades)

Polisacáridos(>20 unidades)

Homopolisacárido

Heteropolisacárido

consiste en una cadena de carbonos no ramificada en la que dos átomos de carbono están unidos por enlaces simples.

En todas formas de cadena abierta, uno de los átomos de carbono está unido a un átomo de O2 por un doble en, formando un grupo carbonilo; cada uno de los demás átomos de carbono tiene un grupo hidroxilo.

Si el grupo carbonilo se halla en un extremo de la cadena carbonada, el monosacárido es un aldehído t recibe el nombre de ALDOSA; si está en cualquier otra posición, es una cetona y se denomina CETOSA.

Monosacáridos simples

Los monosacáridos más simples son las de triosas de tres átomos de carbono: el gliceraldehído, una aldotriosa, y la dihidroxicetona(una cetosa).

Los monosacáridos que poseen 5, 5, 6 y siete átomos de carbono en su cadena carbonada se denominan, respectivamente tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas

Número de carbonos en

cada subunidad

Triosas

Tetrosas

Pentosas

Hexosas

Triosas

Gliceraldehido

Dihidroxiacetona

Tetrosas

D-Eritrosa

D-Treosa

D- Eritrulosa Pentosas

D-Ribosa

D-Arabinosa

D-Xilosa

D-Lixosa

D-Ribulosa

D-Xilulosa

D-ribosa

(aldohexosa) porque es la glucosa invertida en el carbono 4

Existen aldosas y cetosas para cada cada una de las longitudes de cadenas: aldotetosas y cetotetrosas, aldopentosas y cetopentosas, y así sucesivamente. Las hexosas, entre las que se cuentan la aldohexosa D-glucosa y la la cetohexosa D-fructuosa, son los más comunes en la naturaleza. Las aldopentosas D-ribosa y 2-desoxi-D-ribosa son componentes de los nucleótidos y los ácidos nucleicos.

Estructura Cíclica de los Monosacáridos

Las aldotetrosas y todos los monosacáridos con 5 o más átomos de carbono en su cadena suelen encontrarse en disolución acuosa en forma de estructuras cíclicas ( en anillo), en los que el grupo carbonilo ha formado un enlace covalente con el oxígeno de un grupo hidroxilo perteneciente a la misma cadena.

Hexosas

D- Glucosa (aldohexosa)

D- Fructosa (cetohexosa)

D- Galactosa

Estructura lineal

Estructura cíclica

La formación de estas estructuras en anillo es el resultado de una reacción general entre los alcoholes y los aldehídos o las cetonas para formar los derivados HEMIACETALES (aldehído+alcohol—hemiacetal+alcohol—acetal) O HEMICETALES (cetona+alcohol—hemiacetal+alcohol –cetal) que contienen un átomo de carbono asimétrico adicional y pueden, por tanto, existir en dos formas esteroisoméricas.

La D-glucosa se presenta en disolución como un hemiacetal intramolecular en el cual el grupo hidroxilo libre en C-5 ha reaccionado con el C-1 aldehídico, que se convierte en asimétrico y da lugar a dos esteroisómeros designados como alfa y beta.

La glucosa forma un hemiacetal cíclico de seis miembros. (piranosa)

Las aldohexosas también presentan formas cíclicas con anillos de 5 átomos que por su similitud con el compuesto furano, recibe el nombre de Furanosa.

Las cetohexosas también se encuentran en sus formas anoméricas alfa y beta. En estos compuestos el grupo hidroxilo en el carbono 5 reacciona con el grupo cetona en C-2, formando una

Piranosa

Compuesto cíclico de 6 átomos de carbono, llamado así por similitud con el pirano

furanosa(piranosa) que contiene un enlace de tipo hemicetal. La D-fructuosa forma fácilmente el anillo de furanosa; lla forma anomérica más común es la β-D-fructofuranosa.

Las formas isomérica de los monosacáridos que difieren entre sí únicamente en la configuración alrededor del átomo de carbono hemiacetálico o hemicetálico se denominan ANÓMEROS.

El átomo de carbono hemiacetálico o carbonílico se denomina CARBONO ANOMÉRICO (que se identifica con facilidad como el único átomo de carbono unido a dos oxígenos)

En el anómero α, el grupo hidroxilo del carbono anomérico (hemiacetal) está hacia abajo (axial) y en el anómero β hacia arriba (ecuatorial). El anómero β de la glucosa tiene todos sus sustituyentes en posiciones ecuatoriales.

Mutarrotación: (rotación óptica) “cambio gradual de rotación óptica hasta llegar a un punto de equilibrio que seproduce cuando se disuelve un anómero de azúcar puro”. En otras palabras el poder rotatorio de unasolución se modifica en el sentido dextrógiro (+) o en sentido levógiro (-) debido a la interconversión de los hemiacetales cíclicos a través de la glucosa de cadena abierta.

Los anómeros α y β de la D-glucosa se interconvierten en disolución acuosa mediante mutarrotación. De este modo, una disolución α-D-Glucosa y una disolución β-D-glucosa dan lugar finalmente a mezclas idénticas en el equilibrio que tienen las mismas propiedades ópticas. Esta mezcla está formada por aproximadamente

Furanosa

Carbono anomérico

1/3 de α-D-Glucosa, 2/3 de β-D-glucosa y una proporción muy pequeña de las formas lineal y cíclica de 5 átomos (glucofuranosa)

Las fórmulas de perspectiva de Haworth se emplean para representar la esteroquímica de las estructuras cíclicas de los monosacáridos Los anillos no son en realidad planos, como podróa sugerir las perspectivas de Haworth, sino que tiende a sumir una de dos conformaciones de “silla”.

Monosacáridos Derivados

Derivados por oxidación (Ácidos)

La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.

Cuando el carbono carbonílico (aldehídico en el 1 C) se oxida para formar un ácido carboxílico se produce un ácido aldónico.

Si la oxidación ocurre en el 1 y último carbono se produce un ácido aldárico.

Monosacáridos Derivados

Oxidación (Ácidos)

Ácidos Aldónicos

Ácidos Aldáricos

Ácidos Urónicos Reducción (Alditoles)

Aminoazúcares

Esteres Fosfatos

Desoxiazúcares

Glucósidos

Si la oxidación se produce en el último carbono se produce un ácido urónico

Derivados por reducción (Alditoles)

 Es el proceso electroquímico por el cual un átomo o un ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.

Aminoazúcares

Uno o más grupos OH fueron reemplazados por un grupo amino, que está casi siempre acetilado.

El N-acetil-a-D-glucosamina forma parte de muchos polímeros estructurales, entre los que se encuentran los de la pared de las bacterias.

Esteres Fosfatos

Tiene un grupo fosfato adicional.

-D-glucosamina

-D-galactosamina

N-acetil--D-glucosamina

Glucosa Glucitol (sorbitol)

Estos tres compuestos aparecen en la glicólisis.

Desoxiazúcares

Un grupo OH se reemplaza por un H

Glucósidos

Es cualquier molécula en la cual un glúcido se enlaza a través de su carbono anomérico a otro compuesto de diferente naturaleza química, mediante un enlace O-glucosídico. La eliminación de una molécula de agua entre el hidroxilo anomérico de un monosacárido cíclico y el grupo hidroxilo de otro compuesto da lugar a un O-glucósido.

Un azúcar reacciona con un alcohol para obtener un glucósido.

Disacáridos

Están formados por dos monosacáridos unidos covalentemente mediante un enlace O-glucosídico, que se forma cuando un grupo hidroxilo de un azúcar reacciona con el carbono anomérico del otro.

Esta reacción da lugar a la formación de un acetal a partir de un hemiacetal y un alcohol.

α-D-glucosa-6-fosfato

D-gliceraldehído-3-fosfato

α-D-fructosa-6-fosfato

2-desoxi-β-D-ribosa

β-D-Ribosa ARN ADN

1,11,1

1,21,2

1,31,3

1,41,4

1,61,6

Cuando se forma un enlace glucosídico hay pérdida de agua.

Los enlaces glucosídicos se hidrolizan con facilidad por acción de ácidos pero son resistentes a la hidrólisis básica.

Enlaces N-glucosídicos unen el carbono anomérico de un azúcar y un átomo de nitrógeno en las glucoproteínas y los nucleótidos.

Carácter Reductor

Al describir disacáridos o polisacáridos, el estremo de la cadena que contiene el carbono anomérico libre se suele conocer como extremo reductor

Disacárido Reductor: el carbono anomérico está libre. Es decir, el carbono anomérico puede seguir reaccionando con el OH de otro

Disacárido No reductor: el carbono anomérico está ocupado. Los dos carbonos anoméricos reaccionan entre sí.

Glucosa-Glucosa. Es reductor Glucosa - Galactosa . Reductor

GRUPO CARBONILO LIBRE

GRUPO CARBONILO

IMPLICADO EN EL ENLACE

No forma cristales Azúcar de la leche

Azúcar de Mesa. Se prepara a partir de la caña de azúcar. No reductor. El carbono anomérico de la fructosa es el 2 porque allí está el grupo ceto.

Polisacáridos

Sacáridos formados por un número elevado de monosacáridos unidos entre sí mediante enlaces glicosídicos.

Elevado peso molecular.

No poseen sabor dulce.

Pueden descomponerse por hidrólisis.

Poco carácter reductor.

La mayoría de glúcidos naturales se encuentran en forma de polisacáridos, polímeros de mediay elevada masa molecular. Los polisaxáridos, denominados también glucanos, difieren entre sí en la naturaleza de sus unidades monoméricas repetitivas, en la longitud de sus cadenas, en los tipos de enlace que se forman entre las unidades y en su grado de ramificación.

Los homopolisacáridos contienen un único tipo de monómero. Es decir, está formado por la repetición del mismo monosacárido. Pueden ser ramificados o no ramificados.

Los heteropolisacáridos: contienen dos o más tipos diferentes de monosacáridos. Pueden ser ramificados o no ramificados.

SACAROSA

Glucosa - Fructosa

No Ramificado

Ramificado

No Ramificado

Ramificado

Homopolisacárido

Heteropolisacárido