CARBOHIDRATOS

Esteban Osorio CadavidBiología Celular y Bioquímica I

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• Los Hidratos de Carbono o sacáridos o carbohidratos o azúcares, son aldehídos o cetonas con muchos grupos funcionales hidroxilo que presentan generalmente la fórmula estequiométrica (CH2O)n, o son derivados de estos compuestos. I

(CH2O)n or H - C - OHI

Structure:

CARACTERÍSTICAS GENERALES

• La mayoría de carbohidratos se encuentran en grupos, más que en azúcares simples:– Polisacáridos (Almidón, celulosa, etc)– Glucoproteínas y Proteoglucanos (hormonas,

sustancias del grupo sanguíneo, anticuerpos).– Glucolípidos (cerebrósidos, gangliósidos).– Glucósidos– Mucopolisacáridos (ácido hialurónico)– Ácidos nucléicos.

FUNCIONES• Los carbohidratos desempeñan una gran

variedad de funciones en los organismos vivos:– Fuentes de energía.– Estructural en paredes celulares de vegetales y

bacterias.– Reconocimiento y adhesión entre células.– Identificación celular.– Muestran el estado normal o “desgastado” de una

célula.

Los carbohidratos cumplen un papel importante en el ciclo del carbono en la

Tierra

Quitina

Artrópodos principalmente

CLASIFICACIÓN

• Monosacáridos.– Triosas, tetrosas, pentosas, hexosas.

• Oligosacáridos.– Di, tri, tetra, penta, hasta 9 o 10.– Los más importantes son los disacáridos

• Polisacáridos.– Complejos de Carbohidratos.

MONOSACÁRIDOS

• También conocidos como azúcares simples.• La mayoría son compuestos lineales.• Su clasificación puede ser:

– Por el número de Carbonos = • 3 = triosa.• 4 = tetrosa.• 5 = pentosa

– Por el grupo funcional • aldehido = aldosa.• Cetona = cetosa

Structure of a simple aldose and a simple ketose

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aldosas

cetosas

CARACTERÍSTICAS

• Predominan los enantiómeros L.

• Aquellos compuestos que solo se diferencian por la configuración de sus átomos, se pueden interconvertir por tautomería de una aldosa a una cetosa o viceversa, por medio de un enediol (un intermediario, altamente inestable).

• También pueden tener carbonos quirales. Al aumentar el número de carbonos en aldosas o cetosas, aumenta también los centros quirales.

• Después de 5 átomos de carbono en aldosas y cetosas tienden a formar anillos naturalmente.

• Los anillos más comunes son los furanos y piranos en anómeros α y β.

D-glucose can cyclize in twoways forming either furanose orpyranose structures

Propiedades

• Las diferencias estructurales de los azúcares Las diferencias estructurales de los azúcares son responsables de variaciones en sus son responsables de variaciones en sus propiedades.propiedades.

• Físicas• Forma Cristalina; solubilidad; poder de rotación

• Químicas• Reacciones (oxidaciones, reducciones, condensaciones)

• Fisiológicas• Valor nutritivo (humano, bacterias); endulzamiento,

absorción

Representación estructural de los azúcares

• Proyección de Fisher: Representación de cadena lineal.

• Proyección de Haworth : Anillo simple en perspectiva.

• Representación conformacional: configuraciones de bote y silla.

ENANTIÓMEROS

• Estereoisómeros que son imágenes especulares uno del otro.

DIASTEREOISÓMEROS

• Estereoisómeros que no son imágenes especulares uno del otro.

• Ejemplo: D-treosa y D-eritrosa

40

Aldehyde group, blueDistal asymmetric center

Note numbering

ANÓMEROS• Estereoisómeros que difieren en la

configuración del carbono anomérico• Ejemplo: α-D-Glucopiranosa y β-D-

Glucopiranosa

ISÓMEROS CONFORMACIONALES• Moléculas con la misma configuración

estereoquímica, pero que difieren en su configuración tridimensional.

Monosacáridos especiales: Desoxiazúcares

• Monosacáridos con pérdida de un grupo Hidroxilo (-OH) en una o más partes de la molécula.

Reacciones de monosacáridos

• Reacciones Carbonilo:• Formación de Osazona.• Reacción con Cianohidrina• Reducción• Oxidación• Acción de base• Acción de ácido• Tautomerismo Cadena-Anillo

• Reacciones Alcohol• Formación de Glucósidos• Formación de Eter• Formación de Ester

Formación de Osazonas

Oxidación en el carbono anomérico• Las aldosas pueden ser oxidadas en 3 tipos de

ácidos– Ácidos Aldónicos: El grupo aldehido es convertido a un

grupo carboxilo ( glucosa – ácido glucónico)– Ácidos Urónicos: El aldehido permanece intacto y el

alcohol es oxidado a COOH• Glucosa ácido glucurónico• Galactosa ácido galacturónico

– Ácidos Sacáricos (ácidos glicáricos) – oxidación de ambos extremos de un monosacárido)

• Glucosa ácido sacárico• Galactosa ácido múcico• Mannosa ácido mannárico

Oxidación en el carbono anomérico

– Ácidos Sacáricos (ácidos glicáricos) – oxidación de ambos extremos de un monosacárido)

• Glucosa ácido sacárico• Galactosa ácido múcico• Mannosa ácido mannárico

Reducción

• Se puede realizar catalíticamente (hidrógeno y un catalizador) o enzimáticamente.

• El producto resultante es un poliol (polialcohol) o azúcar-alcohol (alditol)

• glucosa forma sorbitol (glucitol)• mannosa forma mannitol• fructosa forma una mezcla de mannitol y sorbitol• Gliceraldehido lleva al glicerol

ALDITOLES

• La formación de alditoles se da por la reducción del grupo carbonilo.

GLUCÓSIDOS• Eliminación de una molécula de agua, por el

hidroxilo anomérico de un monosacárido que reacciona con el H de un alcohol. Se forma un compuesto denominado O-glucósido.

• .

• Los o-glucósidos no pueden interconvertir su forma anomérica por mutarrotación.

Ejemplos de glucósidos

Ésteres de fosfato de monosacáridos

AMINOAZÚCARES• Se caracterizan por la presencia de un grupo

amino (-NH2). Los más comunes son la glucosamina y galactosamina.

Abreviaturas de monosacáridos comunes

Reacciones de Condensación: Formación de acetal y cetal

Disacáridos

• Compuestos de dos monosacáridos unidos covalentemente, mediante un enlace Glucosídico.

70

Disacáridos comunesCommondietarycomponents

71

Sacarosa

Hydrolyzed by sucrase

72

Lactosa

Hydrolyzed by lactase in humans, & by -galactosidase in bacteria

74

Maltosa (de la hidrólisis del almidón)

Hydrolyzed by maltase

Características distintivas de los disacáridos

1. Los dos monómeros de azúcar que lo forman y sus configuraciones espaciales.

2. Los carbonos que intervienen en la uniónEjemplo: 1-1, 1-2, 1-4 ó 1-6.

3. El orden de las 2 unidades monoméricas, en caso de que sean de tipos distintos.

4. La configuración anomérica del grupo hidroxilo del carbono 1 de cada residuo.

Anotación de la estructura de los disacáridos

1. La secuencia se escribe empezando por el extremo no reductor en el lado izquierdo.

2. Las formas anoméricas y enantioméricas se designan mediante prefijos (ejemplo: α-, D-)

3. La configuración de anillo se indica mediante un sufijo (p para piranosa y f para furanosa)

4. Los átomos entre los cuales se forman los enlaces glucosídicos se indican entre paréntesis (ejemplo: 14)

FORMACIÓN DEL ENLACE GLUCOSÍDICO

• Metaestable.• Hidrólisis controlada por enzimas.

OLIGOSACÁRIDOS

Estructuras de algunos carbohidratos

Honey also contains glucose and fructose along withsome volatile oils

Structures of some oligosaccharides

Structures of some oligosaccharides

Structures of some oligosaccharides

An enzymatic product (Beano) can be used to preventthe flatulence

Oligosaccharides occur widely as components of antibiotics derived from various sources

Polisacáridos

• Polímero de muchos monosacáridos.• Diferentes funciones:

– Forma de almacenamiento de azúcares.• Glucógeno• Almidón

– Estructural• Celulosa• Quitina

• Es Homopolisacárido, cuando este polisacárido está formado por el mismo tipo de monosacáridos.

• Es Heteropolisacárido, cuando es formado por monosacáridos diferentes.

• El enlace determina que polímero es formado.

POLISACÁRIDOS DE ALMACENAMIENTO

• En plantas: Amilosa y amilopectina• En células animales y microbianas: glucógeno.

• Todos son polímeros de α-D-glucopiranosa, y son homopolisacáridos de glucosa glucanos.

• Difieren en los tipos de enlace entre los residuos.

amilopectina

Amylose and amylopectin are the 2 forms of starch. Amylopectinis a highly branched structure, with branches occurring every 12to 30 residues

Suspensiones de amilosa en el agua adoptan una conformación helicoidal

iodine (I2) can insert inthe middle of the amylosehelix to give a blue colorthat is characteristic anddiagnostic for starch

amilosa

102

Glucógeno

Branch every 10 glucose units (approx)

Glycogen is highly branched Glucose store

H O

OH

H

OHH

OH

CH 2OH

HO H

H

OHH

OH

CH 2OH

H

O

HH H O

OH

OHH

OH

CH 2

HH H O

H

OHH

OH

CH 2OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH 2OH

H

O

H

O

1 4

6

H O

H

OHH

OH

CH 2OH

HH H O

H

OHH

OH

CH 2OH

HH

O1

OH

3

4

5

2

glycogen

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

HO H

H

OHH

OH

CH2OH

H

O

HH H O

OH

OHH

OH

CH2

HH H O

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH2OH

H

O

H

O

1 4

6

H O

H

OHH

OH

CH2OH

HH H O

H

OHH

OH

CH2OH

HH

O1

OH

3

4

5

2

amylopectin

H O

OH

H

OHH

OH

CH 2 OH

HO H

H

OHH

OH

CH 2 OH

H

O

HH H O

OH

OHH

OH

CH 2 OH

HH H O

H

OHH

OH

CH 2 OH

H

OH

HH O

OH

OHH

OH

CH 2 OH

H

O

H

1

6

5

4

3

1

2

a m y lo s e

POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES

celulosa

Estructura de la celulosa

Linear structures of cellulose and chitin (2 most abundant polysaccharides)

Quitina

Glucosaminoglucanos

Peptidoglucano

Cell wall of Gram-positive bacteria

Gram-negative bacteria

Cross-section of the cellwall of a gram-negativeorganism such as E.coli

127

Oligosacáridos de antígenos A, B y O (grupos sanguíneos)

Foundation oligo(frameshift mutant gene), one from each parent

Specificglycosyltransferasesadd group to O antigen