Carbohidratos 3h562o

1 TEMA 2: CARBOHIDRATOS: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN BIOLÓGICA 1.- Concepto de glúcido: clasificación. 2.- Funciones biológicas. 2.1.- Energética. 2.2.- Estructural. 2.3.- Otras. 3.- Monosacáridos. Concepto y nomenclatura. 3.1.- Propiedades físicas. 3.2.- Propiedades químicas. 3.3.- Estructura. 3.4.- Ejemplos. 4.- Disacáridos. Concepto. 4.1.- Enlace glicosídico. 4.2.- Propiedades físicas y químicas. 4.3.- Ejemplos. 5.- Polisacáridos. Concepto 5.1.- Propiedades físicas y químicas. 5.2.- Homopolisacáridos. 5.3.- Heteropolisacáridos. 6.- Glúcidos asociados a lípidos y proteínas. 1.- Concepto de glúcido. Clasificación. Los glúcidos son biomoléculas orgánicas, formadas básicamente por C, H, y O, en una proporción semejante a Cn(H2O)n ; por ello se les suele llamar erróneamente hidratos de carbono o carbohidratos. Químicamente hablando son aldehidos o cetonas polihidroxilados, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción, sustitución o polimerización. Su primer nombre deriva del griego (dulce) aludiendo a su carácter dulce, el de azúcares deriva del representante más conocido del grupo –el azúcar de caña o sacarosa-. Se clasifican según el nº de átomos de C que contengan en la molécula, así tenemos: GLUCIDOS: 1.1. OSAS O MONOSACÁRIDOS: son glúcidos de 3 a 8 átomos de C. 1.1.1. TRIOSAS 1.1.2. TETROSAS 1.1.3. PENTOSAS 1.1.4. HEXOSAS 1.1.5. HEPTOSAS 1.2. OSIDOS: son glúcidos formados por la asociación de monosacáridos. 1.2.1. HOLÓSIDOS: son ósidos formados exclusivamente por monosacáridos. 1.2.1.1.OLIGOSACÁRIDOS: 2-10 monosacáridos. 1.2.1.1.1.DISACARIDOS 1.2.1.1.2.TRISACÁRIDOS 1.2.1.2.POLISACÁRIDOS: + de 10 monosacáridos. 1.2.1.2.1.HOMOPOLISACÁRIDOS: siempre se repite el mismo tipo de monosacárido. 1.2.1.2.2.HETEROPOLISACÁRIDOS: se repiten dos o más tipos de monosacáridos. 1.2.2. HETERÓSIDOS: formados por monosacáridos y otras

2 sustancias no glucídicas. 2.- Funciones. Constituyen una de las bases químicas de la vida, principalmente vegetal, cumpliendo dos funciones fundamentalmente: 2.1.- Energética o de reserva. El glúcido más importante es la glucosa. Se puede considerar como la molécula energética esencial. Transportada a la célula sufre procesos de oxidación, produciéndose simultáneamente liberación de E, que se almacena en forma de energía química potencial, gracias al sistema ATP-ADP. Algunos polisacáridos actúan como moléculas de reserva de energía: almidón y glucógeno. 2.2.- Estructural. Se ha de destacar la importancia del enlace _, que impide la degradación de estas moléculas y hace que algunos organismos puedan permanecer hasta 100 o más años (árboles). Entre los glúcidos de función estructural más importante podemos citar: celulosa (pared de la célula vegetal), quitina (exoesqueleto de los artrópodos), etc... 2.3.- Otras. Antibiótico (estreptomicina), vitamina (vitamina c), anticoagulante (heparina), hormonal (h. gonadotropas), enzimática (junto a proteínas, ej.: las ribonucleasas), inmunológica, etc... 3.- Monosacáridos. Son glúcidos sencillos, de 3 a 8 átomos de C. Químicamente son polialcoholes (-OH) con una sola función carbonilo (=C=O). Se nombran añadiendo la terminación OSA al prefijo que determina el número de C de la cadena: 3 C ---> TRIOSA 4 C ---> TETROSA 5 C ---> PENTOSAS 6 C ---> HEXOSAS 7 C ---> HEPTOSAS Y según posean la función aldehido o cetona serán: aldehido (-CHO) : ALDOSAS cetona (=CO): CETOSAS ver esquema en hoja adjunta Cuando dos o más compuestos presentan la misma fórmula molecular y distintas formas estructurales, se dice que cada uno de ellos es isómero de los demás. Existen distintos tipos de isómeros: de esqueleto, de posición, de función, ópticos, geométricos, etc... Los isómeros se caracterizan por presentar distintas propiedades , bien físicas o químicas. Todos los monosacáridos a excepción de las cetotriosas presentan carbonos asimétrícos (se les denomina así por estar unidos a 4 radicales distintos). El gliceraldehido presenta dos isómeros que sólo difieren en la posición espacial de un -OH, dando lugar a la existencia de dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el Dgliceraldehido y el L-gliceraldehido. Esta regla se aplica al resto de los monosacáridos. Por convenio a los que tienen el penúltimo -OH a la derecha se denomina D, y L a los que lo tienen a la izquierda. La mayoría de los azucares en la naturaleza son de la serie D. El isómero L es la imagen especular no superponible del D, por ello se les llama enantiomeros. Cuando se diferencia únicamente en la posición que ocupa el OH de un C, se les llama epímeros. Los fenómenos de isomería son responsables de muchas de las propiedades de los monosacáridos. 3.1.- Propiedades físicas. a/ Son sólidos, blancos y cristalinos.

3 b/ Hidrosolubles, debido a la alta polaridad de la molécula. c/ Dulces. d/ Actividad óptica. La presencia de uno o más C asimétricos, permite a las moléculas que los poseen , desviar el plano de la luz polarizada: si es hacia la derecha la llamamos dextrógira (+), hacia la izquierda la llamamos levógira (-). Ambas moléculas son iguales, exceptuando el hecho de que desvíen la luz en sentido contrarios, por ello las enominamos isómeros ópticos. 3.2.- Propiedades químicas. a/ Son reductores. Los monosacáridos tienen carácter reductor, debido a que su grupo funcional =CO (carbonilo) es susceptible de oxidarse y formar un ácido orgánico o carboxilo (-COOH). b/ Formación de ésteres: alcohol + ácido ----> éster + agua. c/ Formación de glucósidos: son ésteres formados entre dos -OH de sendos monosacáridos, o entre un -OH de uno y un H de un grupo -NH2. 3.3.- Estructura. La conformación más sencilla que presentan es la de cadena lineal abierta, donde distinguimos una cadena carbonada vertical, con el grupo carbonilo en la parte superior ( C1: aldehido, C2: cetona), y a derecha e izquierda los sustituyentes de los C asimétricos. En disolución acuosa, los monosacaridos, pueden hidratarse, formando un hidrato del aldehido: Pues bien , cuando disolvemos en agua un monosacárido cristalino, es frecuente comprobar que su poder rotatorio varía gradualmente hasta alcanzar un valor estable, a este cambio gradual del poder rotatorio en disolución se le llama mutarrotación. Igualmente se observa que en estas condiciones no dan reacciones típicas de aldehidos o cetonas libres. Estos fenómenos se explican porque la estructural habitual de los azúcares no corresponde con la forma aldehídica o cetónica abierta que hemos visto anteriormente. En los monosacáridos de 5, 6 y 7 C, al disolverse en agua se ciclan debido a que aparece un enlace hemiacetal interno (entre el grupo =C= y un -OH de la cadena). El enlace hemiacetálico crea un nuevo centro de asimetría, por lo que cada azúcar de forma abierta puede originar dos formas cerradas denominadas epímeras en el C hemiacetálico, estos epímeros reciben el nombre de anómeros. Distinguiéndose en cada azúcar dos tipos _ y _ (el anómero _ cuando el -OH queda en la posición inferior y el anómero _ en la superior). El estudio de estas formas se debe a Emil Fisher. Una sustancia es reductora si es capaz de reducir a otras, en consecuencia ella se oxida. La mutarrotación se debe a la formación de una mezcla en equilibrio de las formas _ y _, existiendo una pequeña proporción de moléculas abiertas. El estudio de la ciclación fue realizado por Haworth, por ello lo conocemos como proyección de Haworth. En las proyecciones de Fisher la geometría queda muy distorsionada. Una visión más cercana a la realidad la proporcionan las fórmulas de Haworth, en ellas los anillos o formas cíclicas se representan como pentágonos (forma furanosa) o hexágonos regulares (forma piranosa), en los que la parte inferior del papel corresponde a la región más cercana al espectador, y los sustituyentes de los carbonos se sitúan perpendiculares al anillo. Las proyecciones de Haworth: _ aldohexosas y cetoheptosas --------> forma PIRANOSA. _ aldopentosas y cetohexosas --------> forma FURANOSA.

4 Posteriormente se ha observado que las proyecciones de Haworth no coinciden con la realidad, pues los anillos están situados sobre el plano, cuando la realidad es que estos se proyectan tridimensionalmente, siendo las furanosas casi planas, mientras las piranosas pueden ser de dos formas: trans o de silla y cis o de nave. 4.- Disacáridos. Compuestos formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlace glucosídico. 4.1.- Enlace glucosídico. Consiste en la formación de un acetal, entre un OH de un grupo carbonílico de un monosacárido y otro de cualquiera de los carbonos alcohólicos, perdiéndose una molécula de agua, a este tipo se le Oglucosídico, pudiendo ser _ o _ dependiendo de la posición que ocupa el –OH del primer monosacárido _ o _ respectivamente. Existen dos modalidades del O-glucosídico: _ Monocarbonílico: en el que intervienen un C anomérico del primer monosacárido y un carbono no anomérico cualquiera de otro monosacárido. Al quedar un carbono anomérico libre mantiene su poder reductor. _ Dicarbonílico: el enlace glicosídico se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos onosacáridos. En este supuesto se pierde el carácter reductor. Si en vez de reaccionar dos grupos -OH, lo hace un -OH con un -NH2 se formará un enlace N-glucosídico. 4.2.- Propiedades. a/ Físicas: _ Son critalizables. _ Generalmente dulces. _ Solubles. b/ Químicas: _ Mediante hidrólisis se desdoblan en monosacáridos. _ Algunos mantienen su poder reductor, cuando mantienen un carbono anomérico libre. _ Pueden presentar mutarrotación si mantienen un carbono anomérico libre. 4.3.- Ejemplos. 1/ MALTOSA: _-D-glucosa + ? D-glucosa, unidas mediante enlace _ ( 1 ---> 4 ). _ La encontramos en la semilla germinada de avena. _ Se obtiene por hidrólisis de glucógeno y almidón. _ Tiene función de reserva energética en los vegetales. _ Es reductora. 2/ ISOMALTOSA: _-D-glucosa + _-D-glucosa, unidas por un enlace (1--->6). _ No aparece libre en la naturaleza. _ Procede de la hidrólisis de la amilopectina (componente del almidón ) y del glucógeno. 3/ CELOBIOSA: _-D- glucosa + _-D-glucosa, unidas por enlace _ (1--->4). _ No se encuentra libre en la naturaleza. _ Procede de la hidrólisis de la celulosa. 4/ LACTOSA: _-D-Galactosa + ?-D-glucosa, unidas por enlace _(1--->4) _ Se encuentra libre en la leche de los mamíferos. _ Difícil de fermentar. 5/ SACAROSA: _-D-glucosa + _-D-fructosa, unidas por enlace (1--->2). _ Carece de poder reductor. _ En la naturaleza aparece en el azúcar de caña (20%) y en la remolacha (15%). 5. Polisacáridos. Concepto. Los polisacáridos están formados por la unión de n monosacáridos (n > 10), mediante enlaces glicosídicos, con la pérdida de n - 1 moléculas de agua. Son por tanto de elevado peso molecular.

5 5.1.- Propiedades. _ No son dulces. _ Pueden ser solubles como la celulosa, o formar dispersiones coloidales como el almidón. _ No poseen carácter reductor. _ Pueden tener función estructural o energética. 5.2.- Homopolisacáridos. Formados por la unión de múltiples moléculas del mismo monosacárido, unidas por enlaces O-glucosídicos. Los más importantes son: el almidón y glucógeno (con función de reserva energética) y la celulosa (con función estructural), todos ellos son polímeros de glucosa. A/ ALMIDON: polímero de glucosa (_-D-glucosa), unidas las moléculas con enlaces _ (1-->4) y _ (1---6). Estos enlaces dan lugar a dos polímeros distintos, la amilosa (30 %) y la amilopectina (70 %). Utilizada como molécula de reserva energética por las plantas. A1/ AMILOSA, polímero de maltosa, en forma de cadena sin ramificaciones. Con un número de moléculas de glucosa que oscila entre 200 y 300. Las cadenas presentan un disposición helicoidal, con 6 moléculas por giro. Al hidrolizarse da moléculas de maltosa --> glucosa. A2/ AMILOPECTINA, polímero ramificado de moléculas de glucosa. Adoptando una disposición helicoidal semejante a la amilosa pero con ramificaciones cada 12 moléculas de glucosa. B/ GLUCÓGENO: formado por moléculas de _-D- glucosa unidas mediante enlaces _ (1-->4). Puede presentar hasta 30.000 moléculas de glucosa, en forma de cadena larga ramificada cada 8-10 glucosas. C/ CELULOSA: polisacárido vegetal, constituido por la celobiosa. Puede presentar entre 150-5000 unidades, formando largas cadenas. Las cadenas de celulosa se unen entre si por puentes de H, formando microfibrillas ---> fibrillas ---> fibras de celulosa. Su función fundamental es la estructural, siendo el principal componente de la pared celular. D/ OTROS HOMOPOLISACÁRIDOS: quitina, hemicelulosa y pectina. 5.3.- Heteropolisacáridos. Aquellos formados por más de un tipo de monosacáridos. Solamente citaremos algunos ejemplos: _ De origen vegetal: agar-agar _ De origen animal: glucosaminglucanos, ac. hialuronico, condroitina, heparina, etc... 6. Glúcidos asociados a proteínas o lípidos. Glucoproteínas, como las mucinas de secreción, proteínas de la sangre (seromucoide, protrombina, inmunoglobulinas), hormonas gonadotrópicas, ribonucleasas, glucoproteínas de la membrana celular. Glucolípidos, generalmente forman parte de la membrana celular, los más conocidos son los cerebrósidos y gangliósidos.