Desc Carbohidratos

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Aline Freitas de Melo
Departamento de Biología Molecular y Celular
Área Bioquímica
2014
Objetivos
• Conocer las principales características
Bioquímicas de los Carbohidratos y de su
importancia en los animales de interés
veterinario.
Tabla de contenidos
1.
2.
3.
4.
5.
Definición
Sinonimias
Un poco de historia
Importancia
Clasificación
5.1. Monosacáridos
5.2. Oligosacáridos
5.3. Polisacáridos
5.4. Glucoconjugados
Definición
Clasificación
Propiedades
Importancia
Definición
• Cadena de carbonos no ramificada unida por enlaces
sencillos, pudiendo ser polihidroxialdehídos o
polihidroxicetonas, según la posición del grupo carbonilo
(o que por hidrólisis generen estos compuestos).
ALDEHÍDO
Carbohidratos
más sencillos
CETONA
H
H
C1
O
H
C2
OH
H
C3
OH
H
Gliceraldehído
Aldotriosa
H
H
C1
OH
C2
O
C3
OH
Sacarosa
H
Dihidroxiacetona
Cetotriosa
Glucosa
Fructosa
Sinonimias
• Hidratos de carbono
- C6(H2O)6  Formula empírica: Cn(H2O)n n ≥ 3
Glucosa
• Glúcidos (gr. “glykys”: dulce)
• Sacáridos (gr. “sakkharon”: azúcar)
• Azúcares
Un poco de historia
• Andreas Sigismund Marggraf (1747): Pasas de uva
(un tipo de azúcar)
• Jean Baptiste Andre Dumas (1838): Glucosa
• Emil Fischer (1891): Estructura de la glucosa: C6(H2O)6 
galactosa, fructosa y sorbosa
Isomería
Proyección de Fischer
Glucosa
Galactosa
C6(H2O)6
Fructosa
Sorbosa
ISOMERÍA estructural
= fórmula molecular
≠ fórmula estructural
=
Propiedades diferentes
Importancia
Almidón fructosa celulosa aminoácidos proteínas lípidos
Fotosíntesis
Importancia
6CO2
Fotosíntesis
6H2O
ANIMAL
GLUCOSA
GLUCÓLISIS
ALMIDÓN
CELULOSA
FRUCTOSA
SACAROSA
AMINOÁCIDOS
LIPIDOS
Ciclo de Krebs
PIRIMIDINAS
AMINOÁCIDOS
PURINAS
PLANTA
Importancia
Glc
Glc
Glc
Glc
Glc
Glc
Glc Glc
Glc
Glc
Glc
En todas células
Tejidos
Órganos
Sistemas
Glc
Glc
Glc
ALMIDÓN
Glc
Glc
Glc
Glc
Glc Glc
Importancia
• Energética: fuente de energía  ATP
• Estructurales: vegetal y animal (celulosa y quitina);
composición de la matriz extracelular de diferentes
tejidos (tendones, ligamentos, piel)
• Protección: Mucinas; lubricante de las articulaciones
• Reconocimiento celular: ataque a organismos
extraños
Clasificación
Según el número de carbonos:
• Monosacáridos: aldosas y cetosas (3 a 7 C)
• Oligosacáridos: 2 a 10 unidades de monosacáridos
• Polisacáridos: > 10 unidades de monosacáridos
Clasificación
Monosacáridos (3 a 7 C)
• Definición
• Clasificación
• Propiedades: físicas y químicas
• Importancia
Monosacáridos: definición
• Glúcidos más sencillos, no pudiendo ser hidrolizados
• Polihidroxi ALDEHÍDO o CETONA
• Nomenclatura: Nº C + OSA Ej. TRIOSA
ALDEHÍDO
CETONA
H
ALDTRIOSAS
H
C1
O
H
C2
OH
H
C3
OH
H
H
C1
OH
C2
O
C3
OH
H
H
Gliceraldehído
Dihidroxiacetona
CETOTRIOSAS
Monosacáridos: clasificación
• Clasificación según el grupo funcional (carbonilo =
aldehído o cetona) y el numero de "C "
Nº de carbonos
3
4
5
6
7
Aldehído
Aldotriosas
Aldotetrosas
Aldopentosas
Aldohexosas
Aldoheptosas
Cetona
Cetotriosa
Cetotetrosas
cetopentosas
Cetohexosas
Cetoheptosas
Monosacáridos: importancia
Intermediarios de vías metabólicas
Gliceraldehído
Dihidroxiacetona
Eritrosa
Ribosa
Glucosa
Galactosa
Fructosa
Monosacáridos: propiedades físicas
• Solubles en agua
• Sabor dulce; incoloro; sólidos; alto punto de fusión
• Cristalizables (cristales blancos que pueden oscurecer
con el calor)
• Actividad óptica (isómeros ópticos)
Polarímetro
L
D
Monosacáridos: propiedades químicas
• Isomería
• Formación de estructuras cíclicas
• Agentes reductores
Monosacáridos: principales tipos de
isomería
• Estructurales: Misma fórmula molecular C3(H2O)3
estructural
H
C1 O
H C2 OH
CH2OH
H
H
C1
OH
C2
O
CH2OH
Gliceraldehído
Dihidroxiacetona
≠ fórmula
Monosacáridos: principales tipos de
isomería
• Enantiómeros (tipo de isómero óptico): Presencia de C quiral (4 sustituyentes
diferentes); difieren en la posición del OH de C quiral más alejado del C carbonilo
H
C1 O
H C2 OH
CH2OH
D- gliceraldehído
O
H
C1
2n enantiómeros -> 1 C quiral = 2
HO C2 H
CH2OH
L- gliceraldehído
Si el grupo OH del C quiral más
alejado del grupo aldehído o cetona
(carbonilo) queda a la derecha -> D
izquierda -> L
Configuración D es la más frecuente en la naturaleza
Monosacáridos: principales tipos de
isomería
• Enantiómeros
H
H
H
OH
C1
O
C2
OH
HO
C1
O
C2
H
H C3
OH
C3
H
H
C4
OH
HO
C4
H
H
C5
OH
OH
C5
H
C6H2OH
C6H2OH
D-glucosa
L-glucosa
2n enantiómeros -> 4 C quiral = 16
D-Gulosa
D-Idosa
D-Galactosa
D-Alosa
D-Altrosa
D-Manosa
D-Talosa
Monosacáridos: principales tipos de
isomería
• Epímeros (tipo de isómero óptico): Difieren en la posición del OH
alrededor de sólo un C quiral (excepto el más alejado del C carbonilo).
H
C1 O
H C2 OH
OH C3 H
OH
OH
H
C1 O
C2 H
C3 H
H C4 OH
H C4 OH
H C5 OH
C6H2OH
H C5 OH
C6H2OH
D-glucosa
D-manosa
H
C1 O
H C2 OH
OH C3 H
OH C4 H
H C5 OH
C6H2OH
D-galactosa
Interconversión:
Enzimas: epimerasas
Monosacáridos: formación de estructuras
cíclicas
• Aldotetrosas y monosacáridos con más de 5 C en
solución -> 99% en anillo -> hemiacetales y hemicetales
Haworth
ANÓMEROS
D-glucosa
C hemicetálico anomérico
Nuevo C asimétrico
•Los anómeros α y β se interconvierten en solución acuosa:
-Mutarrotación
Monosacáridos: formación de estructuras
cíclicas
O
pirano
O
furano
Monosacáridos: isómeros
conformacionales
α-D-Glucopiranosa
Hassel
Conformación preferida
de la α-D-Glucosa = silla
Silla
Silla
Bote
Monosacáridos: agentes reductores
Cu2+
Ion cupríco

Cu+
Ion cuproso
β-D-Glucosa
Carbonilo
Carboxilo
Oxida
D-Glucosa
Era usado para estimar la glucemia 
cantidad de agente oxidante que se reduce
Monosacáridos: derivados de hexosas
D-Glucosa
Grupo amino
+ ác. acético
Grupo amino
β-D-Glucosamina
N-acetil-β-D-Glucosamina
Grupo
carboxílico
D-Glucosa 6 Fosfato
Glucoranato
Grupo amino
Clasificación
Oligosacáridos
• Definición
• Clasificación
• Disacáridos
• Propiedades
Oligosacáridos: definición
• Constituidos por dos o más monosacáridos unidos por
enlace O-glicosídico, con perdida de una molécula de
agua, dando los monosacáridos que lo formaban.
Oligosacáridos: clasificación
• Según la cantidad de monosacáridos:
-Disacáridos
-Trisacáridos
-Tetrasacáridos… decasacáridos
Conjugados con
proteínas y lípidos
Oligosacáridos: propiedades
• Solubles en agua
• Sabor dulce
• Cristalizables
• Hidrolizables
• Pueden ser reductores
Clasificación
Oligosacáridos: disacáridos
• Dos unidades de monosacáridos (o residuos), unidos por
un enlace glucosídico
Glc (α1  4β) Glc = Maltosa
H2O
Condensación
Absorben energía
Catalizada por enzimas
Oligosacáridos: disacáridos
1
5
2
4
3
α-D-Glucosa
6
β -D-fructosa
Giro de 180°
6
2
5
4
3 1
Glc (α1  2β) Fru = Sacarosa
Oligosacáridos: disacáridos
β -D-galactosa β -D-Glucosa
Gal (β 1  4β) Glc = Lactosa
Oligosacáridos: disacáridos
Glc (β 1  4β) Glc = Celobiosa
Oligosacáridos: reductores
C anomérico libre
Clasificación
Polisacáridos
• Definición
• Propiedades
• Clasificación
• Principales polisacáridos
Polisacáridos: definición
• Polímeros lineales o ramificados de monosacáridos
iguales o diferentes
Polisacáridos: propiedades
• No presentan sabor dulce
• Elevado peso molecular
• Insolubles en agua
Polisacáridos: clasificación
• Según su función:
- Estructurales (soporte y resistencia, enlaces β)
-Reserva (reserva energética, enlaces α)
• Según su composición:
-Homopolisacáridos: un mismo tipo de monosacárido
-Heteropolisacáridos: dos o más tipos de monosacáridos
• Según su complejidad:
-Simples: 20 o más monosacáridos
-Conjugados: Compuestos por lípidos o proteínas
Polisacáridos de reserva: glucógeno
• Homopolímero de reserva animal: Glc (14) y ramificaciones
(16) cada 8 a 12 residuos
Polisacáridos de reserva: glucógeno
•Se almacenan en gránulos
• Alta capacidad de reserva
•Enzimas para síntesis y degradación
•Ataque enzimático extremos no reductores
Músculo
Hígado
Polisacáridos de reserva: almidón
• Homopolímero de reserva vegetal: Glc (14) y ramificaciones
(16) cada 24 a 30 residuos
• Polisacáridos la amilosa y la amilopectina (monómeros de Glc)
• Amilosa: Glc (14) y amilopectina (16)
Amilasa
Polisacáridos estructurales: celulosa
• Homopolímero estructural vegetal: Glc (14)
• Molécula lineal no ramificada (10.000 a 15.000 un.)
• Parede vegetal;Polisacárido más abundante
Microorganismos  celulasa
Polisacáridos estructurales: quitina
• Homopolímero estructural animal: residuos Nacetilglucosamina unidos por (14)
• No es digerible por vertebrados
• Es el segundo polisacárido más abundante
Polisacáridos estructurales:
glucosaminoglucanos
• Heteropolímero estructural animal
• Molécula lineal no ramificada compuesto por
unidades repetidas de 2 disacáridos:
1) N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina
2) D-glucorónico o L-idurónico
Ácido glucurónico
Polisacáridos estructurales:
glucosaminoglucanos
• Hialuronano
Ácido glucurónico
N-acetilglucosamina
- Lubrificante del liquido sinovial (solución viscosa)
- Consistencia gelatinosa al humor vítreo
- Matriz extra celular de cartílagos y tendones (resistencia
y elasticidad)
Polisacáridos estructurales:
glucosaminoglucanos
• Sulfato de condroitina
Ácido glucurónico
N-acetilgalactosamina-4-Sulfato
-Grupo sulfato: asociación con H2O (hidratación a la
matriz extracelular)
- Cartílagos, tendones, ligamentos, vasos sanguíneos y
piel (flexibilidad y resistensia)
Polisacáridos estructurales:
glucosaminoglucanos
• Sulfato de Heparina
Ácido idurónico-sulfato
Glucosamina—3,6 Sulfato
- Anticoagulante: sangre (baja concentración) y hígado
y pulmones: evitar coágulos
- Terapéutico (trombosis)
- Purificado (análisis clínicos)
Clasificación
GLUCOCONJUGADOS
Glucoconjugados
• Proteoglucanos
• Glucoproteínas
• Glucolípidos
Glucoconjugados: proteoglucanos
• Unidad básica: Proteína núcleo +glucosaminoglucano
• Glucosaminoglucano(s) unido a una proteína de
membrana o de secreción
• Funciones: aumento de la concentración de factores
del crecimiento; resistencia y elasticidad del
cartílogo
Agregado de proteoglucano
Matriz extracelular
Glucoconjugados:glucoproteínas
• Uno o varios oligosacáridos unidos a una
proteína
-Glucocálix
-Mucinas
-Sangre (inmunoglobulinas; hormonas:LH, FSH)
Glucoconjugados: glucolípidos
• Oligosacárido unidos al lípido de la membrana
celular
-Reconocimiento celular
-Neuronas (formando mielina; conducción)
nerviosa)
Principales conceptos
• Estructura química y clasificación
• Importancia biológica y funciones
• Propiedades
Bibliografía
• Carbohydrates: The Sweet Molecules of Life. RV Stick. 1er
edición, Academic Press, 2001.
• Essentials of Carbohydrate Chemistry. JF Robyt. 1er
edición, Springer, 1998.
• Lehninger: Principios de Bioquímica. DL Nelson y MM Cox.
5ta edición, Omega, 2010.
• Bioquímica: texto y atlas. J Koolman y K Rohm. 3ra
edición, Panamericana, 2004.
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