Carbohidratos

Luis Huamán (Coordinador), Raúl Loayza, José Gabriel Ortega,

Liliana Zegarra, Karen Ventura

BIOQUÍMICA, BIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR 1 (BB1)

ESCUELA DE MEDICINA – UPC – 2012-2

Carbohidratos

Concepto 1:

Los carbohidratos son aldehídos o cetonas polihidroxi.

Concepto 2:

El enlace glucosídico es de tipo covalente.

Concepto 3:

Los carbohidratos forman parte de todos los

organismos vivientes.

Concepto 1:

Los carbohidratos son

aldehídos o cetonas

polihidroxi.

Carbohidratos - Funciones

Los compuestos orgánicos más abundantes sobre la

Tierra.

Funciones:

Almacenan energía química (Almidón y Glucógeno).

Estructura de apoyo de las plantas (Celulosa)

Paredes celulares bacterianas (Peptidoglucano)

Exoesqueleto de Artrópodos (Quitina)

Componente de ácidos nucleicos (Ribosa y Desoxirribosa)

Pequeños carbohidratos median la comunicación de célula

a célula en la membrana del plasma.

Tipos de sangre A, B, O determinados mediante

carbohidratos específicos de vinculación de membranas.

Carbohidratos - Características

A menudo se hace referencia a los carbohidratos

como sacáridos debido al sabor dulce de los

miembros más simples de la familia (los azúcares)

Latín: saccharum = azúcar

Muchos miembros de esta clase tienen la fórmula

Cn(H2O)m (“hidratos” de carbono)

Los carbohidratos son:

Polihidroxialdehídos

Polihidroxicetonas

Carbohidratos - Clasificación

Los carbohidratos pueden clasificarse en Monosacáridos,

Oligosacáridos y Polisacáridos:

a disaccharide a trisaccharide

a cyclic oligosaccharide

a polysaccharide

disacárido trisacárido

Oligosacárido

cíclico

polisácarido

Monosacáridos - Características

Azúcares simples.

Clasificados según:

Número de carbonos

Los prefijos tri-, tetra-, penta-, etc., indican el número de átomos de

carbono en la cadena.

Pentosa: C5H10O5 Hexosa: C6H12O6

Naturaleza del grupo carbonilo

Aldehído o Cetona

El sufijo -osa indica que una molécula es un carbohidrato.

Monosacáridos - Estructura

Pruebas para diferenciar aldehídos de cetonas

R-CHO + 2[ Ag(NH3)2 ]+ + 3(OH)- →

Aldehído Reactivo de Tollens

R-COO- + 2Ag + 2H2O + 4NH3

Espejo de plata

R-CHO + [ 2Cu+2 + 2(OH)- ] → R-COOH + Cu2O

Aldehído Reactivo de Benedict Rojo ladrillo

Estructuras químicas de los carbohidratos

Estructura de líneas y cuyas

Proyección de

Fisher

Conformación

de Haworth Conformación

en silla

Formación de estructura de Haworth

Estructura y clasificación de monosacáridos

Configuración D y L en los monosacáridos

Formación de α y β azúcares

CHO

CHOH

CH2OH

CH2OH

C

CH2OH

O

glyceraldehyde(an aldotriose)

dihydroxyacetone (a ketotriose)

Nota: la dihidroxiacetona no tiene centro quiral y no es ópticamente activa.

Sin embargo, el gliceraldehído tiene un carbono quiral y puede existir como

un par de enantiómeros.

*

gliceraldehído

(una aldotriosa)

dihidroxiacetona

(una cetotriosa)

Monosacáridos - Triosas

D-ribose 2-deoxy-D-ribose

CHO

C

C

C

CH2OH

OH

OH

OH

H

H

H

CHO

C

C

C

CH2OH

H

OH

OH

H

H

H

(an aldopentose)

D-ribosa y 2-desoxi-D-ribosa son las pentosas más abundantes

en el mundo biológico.

Son los elementos básicos esenciales de los ácidos nucleicos.

D-ribosa en ARN, 2-desoxi-D-ribosa en ADN.

D- ribosa

(aldopentosa)

2- desoxi-D-ribosa

Monosacáridos - Pentosas

D-glucose(an aldohexose)

CHO

C

C

C

C

OH

H

OH

H

HO

H

H OH

CH2OH

CHO

C

C

C

C

OH

H

H

H

HO

HO

H OH

CH2OH

CH2OH

C

C

C

C

O

H

OH

HO

H

H OH

CH2OH

D-galactose D-fructose(a ketohexose)(C-4 diastereomer of glucose)

Las tres hexosas más abundantes en el mundo biológico son

D-glucosa, D-galactosa y D-fructosa.

D- glucosa

(aldohexosa)

D- galactosa (C4 diastereoisómero de la glucosa)

D- fructosa

(cetohexosa)

Monosacáridos - Hexosas

Principales formas en equilibrio en solución acuosa:

CH2OH

C

C

C

C

O

H

OH

HO

H

H OH

CH2OH

O CH2OH

OH

HO

OH

HO

O OH

CH2OH

HO

OH

HO

O OHHOCH2

CH2OH

OH

HOHO

OH

OH

HOCH2 CH2OHOopen-chain form (0.01%)

-D-fructopyranose (57%)

-D-fructofuranose (31%)

-D-fructopyranose (3%)

-D-fructofuranose (9%)

**

**

-D-fructopiranosa

(3%)

-D-fructofuranosa

(9%)

-D-fructofuranosa

(31%)

-D-fructopiranosa

(57%)

Forma de cadena

abierta (0.01%)

Monosacáridos - Fructosa

Mutarrotación de la glucosa

O

OH

OH

OH

CH2OH

HO

O

OH

OH

CH2OH

OH

HO

-D-glucopyranose -D-glucopyranose

* *

CHO

OH

OH

OH

CH2OH

HO

open form (0.02%)

(36%) (64%)

Forma abierta

(0.02%)

-D-glucopiranosa

(64%)

-D-glucopiranosa

(36%)

Monosacáridos - Glucosa

Concepto 2:

El enlace glucosídico es

de tipo covalente.

Enlaces glucosídicos

Reacciones de condensación e hidrólisis

glucosa glucosa maltosa agua

2 monosacáridos un disacárido

Formación de un disacárido

Reacción de deshidratación (Condensación)

Glucosa

Maltosa

Fructosa Sucrosa

Glucosa Glucosa

Deshidratación para

formar maltosa

Deshidración para

formar sucrosa

1–4 glycosidic

linkage

1–2 glycosidic

linkage

Reacción de hidratación (Hidrólisis)

Concepto 3:

Los carbohidratos

forman parte de todos

los organismos

vivientes.

MALTOSA = Glucosa + Glucosa

SACAROSA = Glucosa + Fructosa

LACTOSA = Glucosa + Galactosa

Disacáridos importantes

Maltosa

La maltosa consiste en dos moléculas de glucosa unidas

mediante un enlace glicósido entre el carbono-1 (el carbono

anomérico) de una glucosa y el carbono-4 de la segunda glucosa

(un enlace glicosídico -1,4).

O

OH

OH

CH2OH

O O

CH2OH

OH

OH

OH

HO

-maltose

-D-glucose unit-D-glucose unit

puede

mutarrotar

La maltosa es

un azúcar

reductora.

-maltosa

Unidad de glucosa -D Unidad de glucosa -D

Disacáridos - Maltosa

La lactosa es el principal azúcar en la leche. Compone alrededor

del 5-8% de la leche humana y 4-6% de la leche de la vaca.

La hidrólisis de la lactosa produce glucosa y galactosa.

En la lactosa, una unidad de galactopiranosa se une mediante un

enlace -glicosídico al carbono-4 de la glucopiranosa.

Note que la lactosa es

un azúcar reductora.

O

CH2OH

OH

OH

O

OH

OH

CH2OH

O

OHHO

-lactose

-D-glucose unit

-D-galactose unit

Unidad de -D glucosa

Unidad de -D galactosa

-lactosa

Disacáridos - Lactosa

La sacarosa (azúcar de mesa) es el disacárido

más abundante en el mundo biológico.

Se obtiene principalmente del jugo de la

caña de azúcar y de la remolacha azucarera.

En la sacarosa, el carbono-1 de la glucosa se

une al carbono-2 de la fructosa mediante un

enlace 1,2-glicosídico.

-D-glucopyranose unit

-D-fructofuranose unit

O

CH2OH

HO

OH

HOCH2O

HO

O

CH2OH

OH

HO

sucrose

Nota: puesto que los carbonos anoméricos de la

glucosa y de la fructosa participan en la formación

del enlace glicosídico, la sacarosa no es un

azúcar reductora.

Unidad de -D- glucopiranosa

Unidad de -D- fructofuranosa

sucrosa

Disacáridos - Sacarosa

El almidón es el carbohidrato de reserva en las plantas.

Se encuentra en todas las semillas de plantas y tubérculos y es la

forma en que la glucosa se almacena en las plantas para su uso

posterior.

El almidón se compone de dos polisacáridos principales:

~20% amilosa (soluble en agua)

~80% amilopectina (no soluble)

La hidrólisis sólo da glucosa

Polisacáridos - Almidón

Un polímero lineal de hasta 4000 monómeros de glucosa unidos

por enlaces -1,4-glicosídicos.

O

OH

OH

CH2OH

O O

CH2OH

OH

OH

O

OH

OH

CH2OH

O O

CH2OH

OH

OH

OO

(14)

amilosa

Polisacáridos – Almidón - Amilosa

Un polímero altamente ramificado con cadenas de 24–30 unidades de

glucosa unidas mediante enlaces -1,4-glicosídicos y puntos ramales

creados por enlaces -1,6-glicosídicos.

O

OH

OH

CH2

O O

CH2OH

OH

OH

O

OH

OH

CH2OH

O O

CH2OH

OH

OH

OO

O

OH

OH

CH2OH

O

O

O

CH2OH

OH

OHO

(14)

(16) amilopectina

Polisacáridos – Almidón - Amilopectina

Polisacáridos - Celulosa

La celulosa es el compuesto orgánico más abuntante sobre la Tierra.

El algodón es casi celulosa pura.

La celulosa es un polímero lineal de hasta 3000 monómeros de

glucosa unidos mediante enlaces -1,4-glicosídicos.

OH

OH

CH2OH

O

O

OH

OH

CH2OH

O

O

O

O

CH2OH

OH

OH

(14)

cellulose celulosa

Formación de la pared celular en células vegetales

Polisacáridos - Glucógeno

El glucógeno es el

carbohidrato de reserva para

los animales.

Como la amilopectina, el

glucógeno es un polímero no

lineal de glucosa unido

mediante enlaces -1,4- y -

1,6-glicosídicos.

Pero tiene un peso molecular

menor y una estructura aún

más ramificada (cada 12–18

unidades):

Polisacáridos - Quitina

.

Papa Hígado Alga Garrapata

almidón glucógeno celulosa quitina

Polisacáridos importantes

Heparina

Gentamicina

Heparina y Gentamicina

Conclusiones

¿Cuál es la naturaleza química de los

carbohidratos?

¿Cómo se forman las cadenas de

monosacáridos?

¿Cuáles son los carbohidratos que forman parte

de los organismos vivientes?

Capítulo 16

Secciones 1; 2; 3; 4; 8; 10; 12; 13;

14; 15.

Fundamentos de Química Orgánica

Paula Yurkanis Bruice

Sugerencias para leer en el texto