Carbohidratos

Carbohidratos• También llamados glúcidos o hidratos de

carbono.

• Son las biomoléculas más abundantes en la naturaleza.

• Se componen de C, H y O.

• Su principal función es como fuente de energía.

• También tienen otras funciones, como protectores en las paredes celulares de plantas y bacterias, y en el tejido conectivo de mamíferos.

Carbohidratos• Son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas,

o bien sustancias que dan lugar a estos compuestos después de su hidrólisis.

-OH

Aldehído Cetona Hidroxilo

Hay tres clases de carbohidratos

• Monosacáridos (azúcares simples): tienen una sola unidad de polihidroxialdehido o polihidroxicetona. El mas abundante es la glucosa.

• Oligosacáridos: cadenas cortas de monosacáridos, los más abundantes son los disacáridos (dos unidades de monosacáridos).

• Todos los nombres de los mono y disacáridos terminan con el sufijo “-osa”.

• Polisacáridos: cadenas largas de centenares o miles de unidades de monosacáridos, pueden ser cadenas lineales o ramificadas. Los mas comunes son el almidón y la celulosa.

LOS MONOSACÁRIDOS

• Son sólidos de color blanco, dulces y solubles en agua y se pueden cristalizar.

• Tienen una relación C:H:O de 1:2:1.

• Fundamentalmente se usan como sustrato energético.

• También forman parte de los nucleótidos.

• Se pueden unir a lípidos y proteínas.

• Se dividen en dos familias:

– Aldosas (el grupo carbonilo está en el extremo de la cadena con función de aldehído)

– Cetosas (el grupo carbonilo está dentro de la cadena).

• Según el numero de átomos de carbono se denominan como triosas, tetrosas,…. o heptosas.

• Las hexosas son los monosacáridos mas comunes en la naturaleza, como glucosa y fructosa.

• Las pentosas son componentes de nucleótidos, como ribosa y desoxiribosa.

Monosacáridos

Los monosacáridos tienen centros quirales

•Poseen actividad óptica, debido a que poseen carbonos asimétricos.(4 radicales distintos)•Son isómeros ópticos, estereoisómeros ó enantiómeros. Uno se denomina D (dextrógiro) y el otro L (levógiro).•La mayoría de las hexosas presentes en los organismos vivos son D.

•Las aldohexosas ,con 4 centros quirales, tienen 24 = 16 enantiómeros.

•El que determina si el azúcar es D o L es el carbono quiral mas alejado del grupo carbonilo.

Enantiómeros D de las cetosas

Los monosacáridos se presentan en forma cíclica, produciendo un nuevo centro quiral.

• En solución acuosa, a pH neutro, menos del 0.1% de las moléculas de azúcar tienen libre el grupo funcional aldehído.

• Los monosacáridos con cinco o más átomos de carbono suelen presentarse en solución acuosa en forma cíclica llamada hemiacetal.

• El grupo carbonilo forma un enlace covalente con el oxígeno de un grupo hidroxilo.

• Esto produce un nuevo centro quiral, produciendo otros dos anómerosdenominados α y β.

• Las dos formas se interconviertenconstantemente en solución acuosa.

• Las formas cíclicas de las aldohexosas (glucosa) se llaman piranosas por su similitud al pirano, las cetohexosas (fructosa) forma furanosas por su similitud al furano.

• D-glucosa en forma cíclica: α-D glucopiranosa y β-D glucopiranosa, se denominan anómeros.

• El átomo de carbono hemiacetálico o carbonílico se llama carbono anomérico.

Clasificación de los monosacáridos

• EPÍMEROS

• ENANTIÓMEROS

• ANÓMEROS

• Según la ubicación del carbonilo (cetosas o aldosas).

• Según la cantidad de átomos de carbono (triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc).

Azúcares Reductores

• Algunos azúcares pueden ser oxidados por agentes oxidantes suaves como el ion cúprico (Cu2+) o el ion ferroso (Fe2+).

• La glucosa y otros azúcares capaces de reducir iones férricos o cúpricos se denominan azúcares reductores.

• Las prueba de Fehling, Benedict, DNS se utilizan para detectar y cuantificar azucares reductores.

• La prueba de Fehling se usaba para detectar el contenido de glucosa en sangre y orina en el diagnóstico de diabetes.

En el reactivo de Benedict:

Azúcar reductor + 2Cu2+ → azúcar oxidado + 2Cu+

Ion cúpricoazúl

Ion cuproso precipitado rojo

Enlace glucosídicoFormación de di, oligo y polisacáridos

• Unión de dos monosacáridos por enlace O-glucosídico.

• Se forma cuando un grupo hidroxilo de un azúcar reacciona con el carbono anomérico de otro.

• Cuando un carbono anoméricoforma un enlace glucosídico ya no puede actuar como reductor (ya no se puede oxidar), sin embargo el carbono anomérico que está al final de la cadena sí es reductor (extremo reductor).

Disacáridos

• Lactosa: se encuentra en la leche (galactosa mas glucosa). Es un disacárido reductor.

• Sacarosa: (azúcar de mesa) disacárido de glucosa y fructosa. No reductor.

• Para las plantas, la sacarosa es la forma en la cual los carbohidratos son transportados a través de la planta y sirve también como reserva.

• Trehalosa: (dos glucosas). No reductor. Reserva energética en insectos.

OLIGOSACÁRIDOSdisacáridos

MALTOSASACAROSALACTOSA

Polisacáridos

• La adición de otros monosacáridos lleva a la formación de oligosacáridos (2 a 20 residuos) y polisacáridos (hasta de 105

residuos).

• La mayoría de los carbohidratos naturales se encuentran en forma de polisacáridos.

• Son polímeros de alta masa molecular

• Pueden ser clasificados en tres grupos, dependiendo de su función:

– Estructurales: proveen de estabilidad mecánica a las células, órganos y organismos completos. Ej. Celulosa y quitina.

– De reserva: como el almidón y el glucógeno.

– Soporte y protección: ej. pared bacteriana de peptidoglucanos.

• Los polisacáridos formados por un solo tipo de monosacáridos se conocen como homopolisacáridos.

• Los que están formados por diferentes monómeros se llaman heteropolisacáridos.

• Ambas formas pueden ser cadenas lineales o ramificadas.

Almidón y glucógeno. Reserva de combustible.

• Son los polisacáridos de reserva más importantes en la naturaleza.

• Almidón: en células vegetales.• Glucógeno: en células

animales.

• Ambos se encuentran dentro de las células formando agrupaciones o gránulos de gran tamaño.

• Son moléculas muy hidratadas porque forman puentes de hidrógeno con el agua.

Almidón

• Se encuentra en casi todas las células vegetales pero es especialmente abundante en tubérculos (papa) y semillas (maíz).

• Las papas contienen más del 65% de su peso seco de almidón.

• Contiene dos tipos de polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina.

• Amilosa: cadenas largas no ramificadas de unidades de glucosa conectadas por enlaces (α1→4).

•Amilopectina: cadenas largas ramificadas, en los puntos de ramificación, que se producen cada 24 a 30 residuos, se conectan por enlaces (α1→6).

Glucógeno

• Su estructura es muy similar a la amilopectinapero mas ramificado (cada 8 a 12 residuos) y más compacto.

• Es especialmente abundante en el hígado donde puede representar hasta el 7% de su peso seco.

• Se almacena como gránulos en los hepatocitos que a su vez son agrupaciones de gránulos pequeños.

Celulosa. Polisacárido estructural

• Celulosa: sustancia fibrosa, resistente e insoluble, se encuentra en las paredes celulares de las plantas.

• Cañas, tallos, troncos y en todos los tejidos vegetales leñosos.

• El algodón es prácticamente celulosa pura.

Celulosa. Polisacárido estructural

• Es un polímero lineal no ramificado formado de 10,000 a 15,000 unidades de glucosa.

• Los residuos de glucosa de la celulosa tienen configuración β. Se unen por enlaces (β1→4) glucosídicos.

• Los polímeros lineales son estabilizados por puentes de hidrógeno entre las cadenas vecinas.

• Durante sus síntesis, 50 a 100 moléculas de celulosa se asocian para formar una fibrilla elemental con un diámetro de aprox. 4nm; alrededor de 20 de estas fibras forman una microfibrilla (visible al microscopio electrónico).

• El glucógeno y el almidón pueden utilizarse como fuente de energía para los animales ya que la enzima α-amilasa rompe los enlaces α1→4 glucosídicos.

• La mayoría de los animales no podemos utilizar celulosa como combustible ya que la α-amilasa no puede romper los enlaces β1→4.

• Las termitas pueden digerir la celulosa (madera) ya que en su tracto intestinal tienen un microorganismo simbiótico (Trichonympha) que secreta celulasa (enzima que hidroliza los enlaces β1→4).

• Algunas bacterias, protistas y hongos producen celulasas.

• Las vacas y otros rumiantes pueden utilizar celulosa como alimento gracias a que en sus estómagos tienen abundancia de bacterias que producen celulasa.

• Está formada por un heteropolímero que alterna N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámico vía enlaces 1→4.

• Muchos de estos polímeros lineales colocados de forma adyacente se entrecruzan por péptidos cortos. Peptidoglucano.

• La enzima lisozima rompe el enlace entre N-acetilglucosamina y ácido N-acetil murámico, matando a la bacteria. La lisozima se encuentra: – En las lágrimas, protege de

infecciones. – También se produce por ciertos

virus bacterianos, garantizan su liberación.

Heteropolisacáridos. Pared celular bacteriana

• Monosacáridos: glucosa o fructosa

• Disacáridos: lactosa, maltosa, sacarosa, etc.

• Homopolisacáridos de reserva: almidón y glucógeno.

• Homopolisacáridos estructurales: celulosa y quitina.

• Heteropolisacáridos estructurales: peptidoglicanos.