Ficha Teórico

Hidratos de carbonoQuímica III – Química Biológica

2015

Hidratos de carbono

También llamados glúcidos, carbohidratos, azúcares o sacáridos, son biomoléculas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno.

Cn(H2O)n

Principales funciones de los hidratos de carbono

a)Tienen un papel central en el ciclo energético de la biosfera. Permiten el almacenamiento de combustible: almidón (en vegetales) y glucógeno (en animales)

b)Función estructural:celulosa: paredes celulares de plantasquitina: hongos, exoesqueletos de artrópodospeptidoglucano: capa rígida de la envoltura bacterianaglucosaminoglucanos: compuestos de la matriz extracelular

c) Comunicación celular desempeñada por azúcares unidos a proteínas o lípidos

Monosacáridos

• Son los azúcares más simples y constituyen las unidades monoméricas de todos los hidratos de carbono.

• Se sintetizan a partir de precursores que provienen del CO2 y del H2O a través de la fotosíntesis.

• Son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas y se clasifican de acuerdo a este grupo funcional y de acuerdo al número de C que posean.

Isómeros ópticos o estereoisómeros

• El gliceraldehido presenta un C asimétrico en posición 2. A este C se unen cuatro sustituyentes diferentes y se lo denomina centro quiral.

• Debido a esto tiene dos posibles isómeros ópticos del tipo enantiómeros. Estas dos moléculas sólo difieren en la forma como interaccionan con la luz polarizada.

• Desde el punto de vista biológico, sólo uno de los isómeros será reconocido específicamente por una

enzima.

Principales monosacáridos

¿Cuántos isómeros ópticos tiene la D-glucosa?

• 4 C asimétricos

• 2 posibles disposiciones en el espacio para cada C asimétrico

• 2n = 24 = 16 isómeros ópticos o estereoisómeros

• De los cuales 2 son enantiómeros (L y D) y los restantes se llaman diasteroisómeros. Los que difieren en la disposición de un solo C se llama epímeros.

Formación de hemiacetales y hemicetales

Los monosacáridos en solución acuosa adoptan una configuración en forma de ciclo con un nuevo carbono asimétrico que se llama carbono anomérico por formación de un hemiacetal o un hemicetal. Se forman dos nuevos isómeros alrededor del nuevo C asimétrico que se llaman anómeros.

• Los dos anómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Difieren por ejemplo en su capacidad de desviar el plano de la luz polarizada.

• Se interconvierten, lo cual se denomina mutarrotación.

• Una mezcla de solución acuosa de glucosa llega al equilibrio con predominio de la forma Beta.

Las formas cíclicas de los monosacáridos se conocen como piranosas o furanosas según se asemejen

al pirano o al furano.

Formación de un disacárido reductor (enlace glucosídico)

Principales disacáridos

Oligosacáridos

Consisten en un grupo heterogéneo de moléculas formadas por diferentes monosacáridos (N-acetil

glucosamina, N-acetilneuramínico, azúcares ácidos, etc), unidos por diferentes tipos de enlaces.

Se asocian a proteínas o lípidos brindando información específica a las células que los portan.

Polisacáridos: formados por múltiples unidades de azúcares (monómeros) enlazados por uniones covalentes.

Los polisacáridos difieren: •en la naturaleza de sus monómeros•en la longitud de sus cadenas•en los tipos de enlace entre los monómeros•en su grado de ramificación

Homopolisacáridos: almidón, glucógeno, dextranos, celulosa, quitina.

Heteropolisacáridos: peptidoglicano, agar y agarosa, glucosaminoglucanos, sulfato de condroitina, sulfato de dermatán, sulfato de queratán, heparina.

AlmidónConsiste en una mezcla de dos tipos de polímeros

amilosa amilopectina

monómero D-glucosa D-glucosa

tipo de estructura

lineal ramificada (con ramificaciones cada 24 a 30 residuos)

tipo de enlace α-1,4 α-1,4 con ramificaciones en α-1,6

masa molecular en el orden de 1 millón

en el orden de 100 millones

Glucógeno

monómero D-glucosa

tipo de estructura

ramificada (con ramificaciones cada 8 a 12 residuos)

tipo de enlace

α-1,4 con ramificaciones en α-1,6

masa molecular

en el orden de varios millones

Estructura tridimensional de almidón y glucógeno:espiral compacta estabilizada por puentes de H intracatenarios

Factores que contribuyen al plegamiento de los homopolisacáridos

Interacciones débiles:puentes de hidrógeno

fuerzas de van der Vaals

La glucosa está en estructura de glucopiranosa (anillos rígidos) Hay cierta libertad de rotación en torno a los enlaces C-O

que unen dos residuos, limitada por impedimentos estéricos.

Enzimas que degradan el almidón

Celulosa monómero D-glucosa

tipo de estructura

lineal (cadenas de entre 10.000 y 15.000 unidades)

tipo de enlace

-1,4

•cada silla está rotada 180º respecto de la siguiente •todos los OH forman enlaces de H intra e intercatenarios

Quitina monómero N-acetil-2, D-glucosamina

tipo de estructura

lineal

tipo de enlace -1,4

Peptidoglucano

monómero se alternan moléculas N-acetilglucosaminacon moléculas de N-acetilmurámico

tipo de enlace

-1,4

tipo de estructura

cadenas lineales dispuestas en forma paralela y entrecruzadas mediante péptidos cortos en los que se alternan aminoácidos D y L.

Peptidoglucano• Las bacterias se clasifican de acuerdo a su forma de teñirse con la

coloración de Gram. Estas diferencias tienen que ver con la disposición de las cadenas de polisacáridos y con la manera de unirse a través de los péptidos.

• Las enzimas celulares no reconocen los enlaces entre aminoácidos D y esto da una ventaja a las bacterias que no podrán ser atacadas. La penicilina y sus derivados inhiben la síntesis de peptidoglucano.

• Los componentes del peptidoglucano son responsables de la virulencia bacteriana.

Agarmezcla de dos heteropolisacáridos sulfatados:agarosa y agaropectina; presente en las paredes de las algas rojas marinas.

monómero D-galactosa y 3,6-anhidro-L-galactosa unidas por enlaces -1,4

tipo de enlace Los monómeros están unidos entre sí por enlaces -1,3

tipo de estructura

agarosa: linealagaropectina: ramificado

monómero D-glucosa

tipo de estructura

ramificada

tipo de enlace

α-1,6 con ramificaciones en α-1,3 (algunos tienen ramificaciones en α-1,2 y α-1,4

DextranosProducidos por las bacterias de la boca

Glucosaminoglucanos

Heteropolisacáridos de la matriz extracelular. Las características del tejido óseo, el cartilaginoso y el humor vítreo tienen que ver com la composición en glucosaminoglucanos.

Los diferentes tipos son•Acido hialurónico•Sulfato de condroitina•Sulfato de dermatán•Sulfato de queratán

Glucosaminoglucanos

Son polímeros lineales formados por unidades repetitivas de disacáridos que consisten en:

• N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina • ácido urónico

Características: • algunos OH esterificados con sulfato• gran densidad de carga negativa

Glucoconjugados

• Azúcares unidos a proteínas o lípidos de membrana que actúan en el reconocimiento y adhesión celular, migración celular, respuesta inmunitaria, etc.

• Los proteoglucanos son proteínas que se unen específicamente a los glucosaminoglucanos.

• Las glucoproteínas tienen una porción de azúcares menor que los proteoglucanos y tienen relación con el reconocimieto celular.

Estructura de un proteoglucano

Estructura del proteoglucano de una proteína integral de membrana

Unión de oligosacáridos a glucoproteínas