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MACROMOLCULAS

CARBOHIDRATOS

(CHO)

Figure 2-17 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Desempean diversas funciones:

Principal fuente de energa a animales y plantas para

su mantenimiento y desarrollo;

Forman parte de estructuras de sostn en los

vertebrados (huesos, cartlagos y tendones), del

exoesqueleto de algunos invertebrados y de la pared

bacteriana

Constitudos por los elementos C, H y O

CLASIFICACIN

Monosacridos

Oligosacridos

Polisacridos

Los monosacridos son aldehdos y cetonas con mltiples

grupos polihidroxilados .

La mayora de los azcares que se hallan en la naturaleza

pertenecen a la serie D.

2

Los monosacridos pueden agruparse considerando tanto el nmero de

tomos de carbono que contienen como si son polihidroxialdehdos

(aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas).

Clasificacin

Nmero de tomos de

carbono

Aldosa Cetosa

Tres Aldotriosa Cetotriosa

Cuatro Aldotetrosa Cetotetrosa

Cinco Aldopentosa Cetopentosa

Seis Aldohexosa Cetohexosa

Siete Aldoheptosa Cetoheptosa

Ocho Aldooctosa Cetooctosa

FAMILIA DE ALDOSAS

FAMILIA DE CETOSAS

El grupo cetnico se

muestra en azul.

El grupo hidroxilo ms

alejado del grupo ceto,

determina la designacin D.

El ms comn y abundante de los monosacridos es la

glucosa.

Es el principal nutriente de las clulas del cuerpo

humano a las que llega a travs de la sangre. No suele

encontrarse en los alimentos en estado libre, salvo en

la miel y algunas frutas, sino que suele formar parte de

cadenas de almidn o disacridos.

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Para una molcula con un carbono asimtrico o quiral es posible

escribir dos ordenaciones o configuraciones que generan dos formas

isomricas denominadas enantimeros. Estos ismeros son

imgenes especulares entre s pero no son superponibles.

NO SON SUPERPONIBLES

ENANTIMEROS: D y L

Una vez obtenidos los estereoismeros, se podr observar que existen

algunas configuraciones que no son imgenes especulares y que se

denominan diastereoismeros. Estos ismeros pueden diferir en todas

las propiedades fsicas.

Estructura Cclica

Los monosacridos presentan grupos hidroxilos

y carbonilo en la misma molcula,

encontrndose en la naturaleza normalmente

como hemiacetales cclicos de cinco y seis

miembros

carbono anomrico : el nuevo estereocentro que resulta de la formacin del hemiacetal

cclico

anmeros: carbohidratos que se diferencian en la configuracin del carbono anomrico

4

Proyecciones Haworth

Hemiacetales de cinco- y seis-miembros son representados como pentgonos y hexgonos

planos, segn el caso, vistos por el borde

Anillos de hemiacetal de seis-miembros son nombrados por el sufijo -piranosa-

Anillos de hemiacetal de cinco-miembros son nombrados por el sufijo -furanosa-

O O

Pirano Furano

D-Glucosa

- D Glucopiranosa

( D-Glucosa)

C

H O H

H H O

H O H

H

C H 2 O H

O H

O H ( )

H O H

H H O

H H

O H

H

C H 2 O H

O

O

H

H

H O H

H H O

H O H ( )

O H

H

C H 2 O H

O

- D-Glucopiranosa

( - D-Glucosa)

+

Carbono anomrico

5

5 5

5

C H O

C H 2 O H

O H H

H H O

O H H

O H H

Los anillos de cinco miembros estn cerca de ser planos por lo que las proyecciones de Haworth

adecuadas estn representadas por furanosas

O H ( )

O H

H H O O H

H H

D-Ribofuranosa

( D-Ribosa)

O

H

O H ( )

H H O O H

H H

D-Ribofuranosa

( D-Ribosa)

H O C H 2 H O C H 2

1422

Las dos formas de gliceraldehdo (D y L) tienen las mismas propiedades fsicas

excepto que ellos se comportan en forma

diferente en presencia de luz polarizada.

Las dos formas de gliceraldehdo rotan el plano de la luz polarizada en direcciones

opuestas.

Un instrumento conocido como un polarmetro puede ser usado para medir

el grado de rotacin del plano de la luz

polarizada.

Principios de un polarmetro, usado para determinar

la actividad ptica.

Una solucin de un ismero activo pticamente rota

el plano de la luz polarizada en una cantidad

caracterstica.

Actividad ptica: Un compuesto es pticamente activo cuando, en solucin, es capaz de rotar el plano de la luz polarizada, ya sea, a la derecha (dextrorotatoria, + o d) o a la izquierda (levorotatorio, - o l).

La actividad ptica de un compuesto es medida por determinacin de su rotacin ptica especfica ([] D

t) usando un polarmetro y, aplicando la siguiente relacin:

[]D25 = /LC

Donde : = grado de rotacin, L = longitud del tubo (paso de la luz) en decmetro,

C = concentracin g /ml,

25 = operando a una temperatura (t) en 0C,

D = espectro de luz de sodio (589 nm).

Plane polarized lightNickel prism

Normal light

5

Mutarrotacin

Mutarrotacin: el cambio en la [ rotacin especifica que ocurre con las formas o de los carbohidratos se debe a la existencia de un equilibrio entre ambas formas.

+80.2

+80.2

+52.8

+150.7

-D-galactosa

-D-galactosa

[ ] despus mutarrotacin

(grados) [ ]

Monosacrido % presente en el equilibrio

28

72

64

36 -D-glucosa

- D-glucosa

+112.0

+18.7

+52.7

+52.7

(grados )

La D-Glucosa presenta el fenmeno de mutarrotacin:

- Al disolver D-Glucosa slida, la rotacin del plano

de la luz polarizada vara con el tiempo.

. Se pueden obtener dos formas distintas de D-Glucosa:

- Una tiene una rotacin de 112 : forma

- Otra tiene una rotacin de 18,7: forma

Formas cclicas de la glucosa

Azcares con 5 C mayoritariamente existe en su forma cclica (formacin de un hemiacetal intramolecular):

Los anmeros , se interconvierten

en solucin por mutarotacin.

En el equilibrio una solucin de

glucosa contendr

1/3 -D glucopiranosa y

2/3 -D glucopioranosa

y, muy pequea cantidad

de la forma lineal.

Estructuras cclicas, hemiacetlicas de los monosacridos

El C-1 del grupo aldehdo de la glucosa en

cadena abierta reacciona con el grupo hidroxilo

del C-5 para formar un anillo de piranosa de 6

vrtices.

El C-2 del grupo cetnico de la fructosa en

cadena abierta reacciona con el grupo hidroxilo

del C-5 para formar un anillo de furanosa de 5

vrtices.

Las pentosas, tal como la ribosa y

desoxirribosa, tambin forman anillos de

furanosa.

+ 112,2

+ 18,7

En el equilibrio (1/3 de y 2/3 de y se

presenta una rotacin especfica de + 52,5

6

Como convertir una proyeccin de Fischer en una de

Haworth?

Los grupos hidroxilos que estn hacia la derecha en la

proyeccin de Fischer aparecen abajo en la proyeccin de

Haworth (y a la inversa). Para los D-azucares el grupo -

CH2OH terminal se encuentra arriba en la proyeccin de

Haworth, mientras que para los L-azucares se encuentra

hacia abajo.

Ya que ellos se parecen a

un anillo seis vrtices, pirano,

ellas son llamadas piranosas.

Como, las aldosas (5C)

y cetosas (6C) forman

anillos de 5 vrtices

son llamadas furanosas

de acuerdo al furano.

D-Fructosa fcilmente forma

el anillo de furanosa.

-D-fructofuranosa es ms estable.

Se usa la proyeccin de Haworth.

Figure 2-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

Formacin del enlace

glicosdico

Dos azcares simples se

unen por una reaccin

de deshidratacin (una

reaccin en la cual una

molcula de agua es

removida).

Disacridos

componentes comunes

de nuestra dieta:

SACAROSA

LACTOSA

MALTOSA

Figure 2-20 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

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La lactosa es hidrolizada en monosacridos por la

lactasa en humanos y por una -galactosidasa en bacterias.

La disminucin en la actividad de la enzima lactasa es

pronunciada en algunas personas. Esto provoca

dificultades gastrointestinales.

Qu le sucede a la lactosa en el intestino de una

persona deficiente en lactasa?

La lactosa es una buena fuente de energa para los

microorganismos en el colon y, ella fermenta a cido

lctico generando adems, metano (CH4) y gas

hidrgeno (H2).

El gas produce problemas indeseables.

El cido lctico producido por los microorganismos es osmticamente activo y atrae agua hacia el intestino

generando diarrea.

Estructura de los polisacridos. Los polisacridos son macromolculas

constitudas de cientos a miles de azcares simples. Glicgeno, almidn y,

celulosa, todas estn constituidas de residuos de glucosa unidas por enlace

glicosdico (1 4) en el glicgeno y almidn, en cambio en la celulosa es por enlaces (1 4). Glicgeno y el almidn tambin contienen enlaces (1 6), los cuales son puntos de ramificacin.

Polisacridos

= polmeros de glucosas (glu-glu-glu-glu.glu)

Almidn

Glicgeno

Celulosa

8

Almidn un glucano muy grande - es la

reserva de energa en la

planta

La unidad repetitiva corresponde a dos

residuos de glucosa

unidos por enlace (1-

4)

La estructura helicoidal no ramificada

corresponde a la

amilosa.

Estructura del glicgeno Cada 12 30 residuos

ALMIDN

GLICGENO

Glicgeno, polmero de reserva de glucosa en las clulas animales, es similar en estructura, a la amilopectina, sin embargo el glicgeno tiene ms ramificaciones (16) , esta ramificacin se presenta cada 8-12 residuos de glucosa.

La estructura altamente ramificada permite una rpida liberacin de glucosa del glicgeno almacenado, por ej.: durante el ejercicio muscular.

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

O 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

O

1

OH

3

4

5

2

glycogen

Cada 8-12 residuos

9

Celulosa y quitina: Apoyo estructural Celulosa puede solamente ser degradada por

ENZIMAS encontradas en los animales y

algunos microrganismos.

Otro carbohidrato estructural :

Quitina

QUITINA: es el principal componente estructural

de los esqueletos de los invertebrados. La quitina

es un polmero constituido por restos N-acetil-D-

glucosamina unidos por enlace -(1-4)

Uso de la quitina:

piel artificial: colocada sobre quemaduras graves,

facilita la respiracin de las clulas vivas de la herida; es decir, el intercambio de gases (bixido de carbono por

oxgeno y agua) para producir en el paciente un efecto

analgsico y anti-inflamatorio

promueve el crecimiento de tejido sano y evita el ingreso de microbios infecciosos.

Se basa en una membrana o pelcula biolgica elaborada

a partir del quitosn, un derivado soluble del polmero

quitina, el segundo compuesto orgnico de desecho ms

abundante en la naturaleza y principal elemento de las

cutculas y caparazones de artrpodos como los

crustceos (jaibas, camarones y langostas) e insectos.

a.- Hialurnico:

est constituido por cadenas de carbohidratos

complejos,

50000 disacridos de cido N-acetil

glucosamina y cido

glucornico por molcula

b.- Condroitina: componente

de la mayora de los tejidos

de vertebrados e

invertebrados y est presente

principalmente en aquellos

que poseen una gran matriz

celular

c.- Keratano sulfato formado

por la secuencia de un

numero variable de unidades

de (D-galactosa y N-

acetylglucosamina

sufatada). Se halla en

crnea, hueso, cartlago

agregado con condroitina

sulfatos

cido glucurnico y N-

acetilgalactosamina

sulfato

cido glucornico y

N-acetil glucosamina

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Azcares unidos a protenas de la membrana

Antgenos presentes en la membrana que

determinan los grupos sanguneos

Sustitutos para el azcar :

Aspartame

Acesulfame de potasio: su estructura qumica es la sal potsica de 6-metil-

1,2,3 oxatiazin-4(3H)-ona-2,2-dixido. Algunas pruebas han insinuado que el

acesulfame de potasio puede aumentar los tumores de mama en animales de

laboratorio, pero la Administracin de Medicamentos y Alimentos no ha

requerido pruebas adicionales.

Sacarina

Sucralosa: se elabora mediante un proceso multipaso que comienza con

azcar de mesa comn (sacarosa) y reemplaza los tres grupos de hidrgeno-

oxgeno de la molcula de azcar con tres tomos de cloro.

Stevia: glucsido llamado esteviosida, compuesto de glucosa, y rebaudiosida

Alcoholes del azcar: que incluyen sorbitol, xilitol y maltitol