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ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO
Lehninger- Principios de Bioquímica- Nelson & Cox- 6ta Edición- Editorial Omega Bioquímica- Voet &Voet – 3era Edición- Editorial Panamericana Prof. Dra Karina Tripodi
• Fórmula general Cn(H2O)n
• Se presentan como azúcares simples, polímeros o derivados, muy abundantes en la naturaleza
• Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas
• Tienen al menos 1 carbono asimétrico (naturalmente config. D)
• Producidos naturalmente a partir de CO2 + H2O (100 * 109 ton/año)
Hidratos de carbono
Funciones
Sustratos oxidables - de libre disponibilidad - de reserva
Estructura
Reconocimiento celular
Componentes de otras biomoléculas: ácidos
nucleicos, coenzimas, etc
Clasificación
Por tamaño:
• Monosacáridos (Cn(H2O)n)
• Oligosacáridos: 2 a 20 residuos (no son ya Cn(H2O)n)
• Polisacáridos: >20 residuos
• n > 3
• Si el grupo carbonilo está en 1 aldosa
• Si no cetosa
P. ej.: si n = 3 aldotriosa
si n = 4 tetrosa
epímeros
Aldosas
Cetosas
Reacciones de ciclación de aldohexosas y cetohexosas
C anomérico
OH
OH
b a
Pirano Furano
a-D-glucopiranosa Proyección de Haworth
b-D-fructofuranosa Proyección de Haworth
D- glucosa Forma lineal
D-Fructosa Forma lineal
Mutarrotación: ocurre en solución acuosa
Anómeros (diasteroisómeros)
punto de fusión de 146 ºC y [α]D +112,2º. Pf entre 148 y 155 ºC y [α]D +18,7º.
Triosas, hexosas y pentosas más relevantes en el metabolismo de carbohidratos
Cetona alcohol hemicetal cetal
Aldehído alcohol hemiacetal acetal
a-D-glucopiranosa b-D-glucopiranosa
Reacción entre alcohol y grupo carbonilo para formar hemiacetales o hemicetales
Enlace glicosídico
Enlace O-glicosídico
Reacciones de las aldosas
Oxidación química suave o
enzimática
Ácidos aldónicos
Ácido D- glucónico
Reducción de Ag+ amoniacal por extremo reductor libre (Reactivo de
Tollens, espejo de plata)
Ácidos urónicos
Ácido D- glucurónico
Reducción por NaBH4 para dar polihidroxialcoholes
lineales
Alditoles
D- glucitol o sorbitol
Ácidos aldáricos
COOH
HNO3 Oxidación enzimática
Reacciones de los azúcares
• Ác. diluídos en caliente: estables
• Ác. conc. en caliente: deshidratación (furfurales)
Si se controla el tiempo de incubación, no más de 8 min a 80ºC: ensayo específico para
cetosas
Uno de los métodos de análisis (Roe)
Otros azúcares de relevancia biológica
Desoxirribosa
Desoxiazúcares Aminoazúcares
Glucosamina
Galactosamina
N- acetil murámico (pared celular bacteriana)
N- acetil neuramínico o ác. siálico (glucoesfingolípidos)
Enlace N-glicosídico
Disacáridos más relevantes
Reductor
No reductores
maltosa
celobiosa
lactosa
Sacarosa
trealosa
Steviósido
Glúcido diterpeno 250-300 veces más dulce que la sacarosa, no provoca
aumento de glucosa en sangre (apto diabéticos)
Stevia rebaudiana
Oligosacáridos y polisacáridos Homopolisacáridos Heteropolisacáridos Lineal Ramificado Lineal Ramificado
• De reserva: almidón y glucógeno. También polimananos y otros en plantas y bacterias.
• Estructurales: celulosa, quitina, condroitín sulfato, péptidoglucano, otros.
Clasificación según su función
Reserva energética
Estructurales
Señalización- comunicación celular
Función: Reserva
Glucógeno
Amilosa Lineal, repeticiones de unidades de maltosa Almidón
Amilopectina Ramificada, análoga a glucógeno,
menos ramificada
Extremo no reductor
Punto de ramificación
Extremo reductor
Uniones a 1 6
Uniones a 1 4
Función estructural: Celulosa
• Pared celular de plantas
• Muy fuerte
• Asociada a otros polímeros:
lignina y hemicelulosa (xilanos)
• Longitud 300 a 15000 residuos
• Insoluble en agua
Muchos puentes de H=rigidez, insolubilidad
Unidad estructural
Rumiantes
Termitas
Función Estructural Pared celular vegetal
Laminilla media
Pared celular primaria
Membrana Plasmática
Pectinas
Glicanos entrecruzantes
Microfibrillas de celulosa
831133
831133
Exoesqueleto de insectos
Paredes celulares de hongos y algas
Función estructural
Quitina N-acetilglucosamina
Agarosa
Se encuentra en ciertas algas rojas, capacidad de formar geles, usos en laboratorios de bioquímica o en industria alimenticia
Bioplásticos a partir de
material vegetal de desecho
Cubiertas celulares
• Mucopolisacáridos ácidos
• Glucoproteínas
• Glucoesfingolípidos
Láminas basales: estructura
Proteoglicanos:
núcleo proteico + cadena de
glucosaminoglucano + ác. hialurónico
Glucosaminaglucanos: queratán sulfato,
dermatán sulfato. Gran capacidad de hidratación, lubrican, aportan resistencia frente a presiones mecánicas.
Función estructural matriz extracelular
Unidad estructural del condroitín sulfato (CS, cartílago)
AH
CS
Agrecano: Proteínas
Proteínas Queratán sulfato
Proteoglicanos Mucopolisacáridos o glicosaminoglicanos
Unidad estructural de los hialuronanos (AH, tendones)
Funciones de los aminoglucanos
• Componentes de la sustancia fundamental (cartílagos, tendones, córnea)
• Lubricación (líquido sinovial, ojo)
• Absorción de impactos
• Brindan superficies suaves de deslizamiento (cartílago)
• Son porosos, permiten el transporte de nutrientes y oxígeno.
Función estructural Péptidoglicano
Bacterias Gram+ Bacterias Gram-
Penicilina: inhibe enzimas transpeptidasas (necesarias para la síntesis del PG). Las bacterias se lisan.
Función: Señalización Glicoproteínas
Glicoesfingolípidos
Proteoglicanos
Glicocálix
Condroitín sulfato
Glicoproteínas
Glicoesfingolípidos
Determinantes antigénicos de los grupos sanguíneos
Antígeno O
Antígeno A
Antígeno B
Funciones de las glicoproteínas
• reconocimiento y adhesión celular
• migración celular durante el desarrollo
• coagulación sanguínea
• respuesta inmune
• cicatrización de heridas
Oligosacáridos: señalización en respuesta a patógenos
Extraído de doi: 10.3389/fpls.2013.00049
Métodos de medida de concentración de carbohidratos
Curva de calibración
Método de Somogyi - Nelson
Óxido de Mo (azul de molibdeno)
Reducción
Reducción Oxidación
Oxidación
Azúcar reductor (AR)
En medio alcalino los AR reducen al Cu++ y se oxidan
Curva de calibración con glucosa
Método enzimático de determinación de glucosa
Glucosa oxidasa Glucosa + O2 + H2O Ácido glucónico + H2O2 Peroxidasa 2 H2O2 + 4 aminofenazona + 4 hidroxibenzoato Quinonimina
Detección de absorbancia a 505 nm Patrón: glucosa 1 g/l
Análisis de las uniones en oligosacáridos
Permetilación o metilación exhaustiva seguida de
hidrólisis ácida
Lactosa
Metilación en C-anomérico: susceptible a la hidrólisis ácida
OH de C en enlaces glicosídicos: no metilados
Glucopiranosil -b 1, 4- galactopiranosa
¿cómo podrían estar unidos estos monosacáridos en el trisacárido original?
CH2OCH3
OCH3
OCH3
OH
O
H3CO
CH2OH
OCH3
OCH3
OH
O
H3CO
O
OCH3
OH
CH2OCH3
H3COH2C
H3CO
2,3,4- tri-O-metilglucosa 2,3,4,6- tetra-O-metilglucosa 1,3,6- tri-O-metilgalactosa
a glucosa 1,1- a glucosa- 6, 2-fructosa (NR)
a glucosa 1,6- a glucosa- 1, 2-fructosa (NR)
Cromatografía Líquida de Alta Presión (HPLC)
Análisis de los carbohidratos
Cromatografía en capa delgada (TLC)
Cromatografía Gas-Líquido acoplada a espectrometría de masas (GC-MS)
Análisis de los carbohidratos
Extracto de carbohidratos derivatizados