EJERCICIOS RESUELTOS DE MACROMOLÉCULAS-BIOQUIMICA (5)

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Hidratos de carbono
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL
FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS
Bioquímica Básica de Macromoléculas
Polihidroxialdehídos y
polihidroxicetonas:
Son altamente solubles en agua, constituyen la mayoría de la materia orgánica en la tierra y cumplen múltiples biofunciones
Funciones celulares:
Reserva de energía, combustible e intermediarios metabólicos
Almacenamiento y transmisión de información como componentes estructurales de los ácidos nucleicos
Ladrillos estructurales en las envolturas y paredes celulares de bacterias y plantas, respectivamente, y el exoesqueleto de artrópodos
Unión a proteínas y lípidos en funciones estructurales accesorias, como determinantes de identidad y complementariedad: reconocimiento entre células
Polihidroxialdehídos
Polihidroxicetonas
Glucosa
Fructosa Ceto - Hexosa
Aldo - Hexosa
Carbonos asimétricos (quirales)
Aldosas
Cetosas
Carbohidrato simétrico
Epímeros
(no son imágenes especulares)
Carbono
anomérico
Anómeros
Formación de hemiacetales y acetales
Isómeros, enantiómeros, epímeros, anómeros
Estructura tridimensional de las biomoléculas:
la bioquímica es en tres dimensiones
Representación de la estructura de monosacáridos
Piranos: Conformación de silla (C), bote (B), torcida (S) o semisilla (H)
Furanos: Conformación de sobre (E)
Representación de la estructura de glicanos
Nomenclatura de símbolos SNFG (del ingles, Symbol Nomenclature For Glycans)
Debido a la complejidad de las estructuras de los glicanos de mamíferos, en 1978 de adopto una forma mas simple de representación, empleando símbolos.
Desde entonces, se expandió a toda la disciplina de la glicobiologia. La ultima actualización fue en 2017
Ver https://www.ncbi.nlm.nih.gov/glycans/snfg.html
Representación de la estructura de glicanos
Nomenclatura de símbolos SNFG (del ingles, Symbol Nomenclature For Glycans)
Sacarosa
(α-D-glucopironosil-(1→2)-β-D-fructofuranosido)
Representación de la estructura de glicanos
Nomenclatura de símbolos SNFG (del ingles, Symbol Nomenclature For Glycans) y representación 3D
Sustituciones en monosacáridos y su importancia en biología
Internalización celular
Intermediarios metabólicos
Activación de azúcares
Reacciones generales de monosacáridos
Mutarrotación
Tautomerización
Reducción a azúcares-alcoholes
Glucitol, Manitol, Galactitol, Xylitol
Formación de osazonas
Exceso de fenilhidrazina
Osazonas características para cada monosacárido
Compuestos coloreados y
fácilmente detectables
Reacción de Tollens - Aldosas reductoras
Oxidación de monosacáridos
Reacción de Fehling - Azúcares reductores
Metilación exhaustiva seguida de hidrólisis ácida
En medio básico, todos los grupos OH de un monosacárido pueden aceptar grupos metilo procedentes de agentes metilantes como el sulfato de metilo o el ioduro de metilo.
En esta reacción, la plata ayuda a separar los átomos de iodo, haciendo que los metilos se vuelvan más reactivos.
Todos los enlaces que se forman son enlaces éter, a excepción de los grupos OH de los carbonos anoméricos, que dan lugar a enlaces de tipo acetal o cetal.
Estos enlaces, a diferencia de los enlaces éter (que son muy estables) se hidrolizan en medio ácido y pierden el grupo metilo.
De esta forma, la posición de los grupos metilo identifica a los carbonos con un grupo hidroxilo libre.
Reacción de Molisch:
Este ensayo permite detectar la presencia de hidratos de carbono en una muestra
Se basa en la acción hidrolizante y deshidratante que ejerce el ácido sulfúrico sobre estos compuestos.
Los ácidos concentrados originan una deshidratación de los azúcares para rendir furfurales, que son derivados aldehídicos del furano.
Los furfurales se condensan con los fenoles (-naftol 5% en etanol de 96°) para dar productos coloreados característicos, empleados frecuentemente en el análisis colorimétrico.
Deshidratación y formación de furfurales
Ruptura de cis-dioles con ácido periódico
El enlace carbono-carbono (C-C) de los monosacáridos se rompe en presencia de ácido periódico cuando ambos carbonos presentan grupos hidroxilo, grupos carbonilo o un grupo hidroxilo y un grupo carbonilo adyacentes.
Esta ruptura oxidativa recibe el nombre de reacción de Malaprade y hace que aumente en una unidad el grado de oxidación de cada fragmento resultante.
Así, después de la reacción:
los alcoholes primarios se oxidan a metanal
los alcoholes secundarios se oxidan a aldehídos
los alcoholes terciarios se oxidan a cetonas
los aldehídos se oxidan a ácido fórmico
las cetonas se oxidan a ácidos carboxílicos
los ácidos carboxílicos se oxidan a CO2
Gracias a esta reacción se pueden detectar los derivados O- sustituídos de los monosacáridos, ya que las funciones éter no reaccionan con el ácido periódico.
Los desoxiderivados también se pueden detectar porque
presentan menos puntos de ruptura en la molécula.
Formación del enlace glicosídico
Enlace O-glicosídico:
Es una unión entre el C anomérico de un
monosacárido y el OH de otra molécula
Maltosa
C1 ― O― C4
Disacáridos más comunes
Disacáridos
Sacarosa
Glucosil -1,2- fructosa
-D-Glucopiranosil - (1→2) - beta-D-Fructofuranósido
Trehalosa
Glucosil -1,1- glucosa
-D-Glucopiranosil - (1→1) --D-Glucopiranósido
Disacáridos no reductores
Propiedades de la
trehalosa
La síntesis enzimática de la trehalosa fue descripta por L.
F. Leloir y E. Cabib (1953, 1958)
Oligosacáridos
Los oligosacáridos son polímeros de hasta 20 unidades de monosacáridos.
La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces
glucosídicos.
Los más abundantes son los disacáridos, oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos.
Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glucosídicos:
si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico
si es no-reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH alcohólicos
Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general,
oligosacáridos.
La cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, con mucha frecuencia se encuentran en la naturaleza oligosacáridos y polisacáridos ramificados.
Se ha establecido arbitrariamente un límite de 20 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.
rafinosa
estaquiosa
verbascosa
fructanos
Polisacáridos
Reserva de energía: glucógeno, almidón
Estructurales: celulosa, quitina, mureína
α1,4 (glucógeno, almidón)
[maltosa]n
β1,4 (celulosa)
[celobiosa]n
Polisacáridos. Estructura secundaria, terciaria y cuaternaria.
El glucógeno cumple con las tres premisas propuestas por Wilkinson (1959) para afirmar que un compuesto sirve para
acumular energía:
Debe acumularse intracelularmente (cuando la célula se encuentra en exceso de energía)
El polímero debe ser utilizado cuando las fuentes de carbono y energía del medio no están disponibles para
sustentar el crecimiento u otros procesos necesarios para mantener la viabilidad del organismo
El compuesto de reserva debe ser utilizado por la célula para producir energía que le permita sobrevivir en un ambiente que carece de nutrientes
Una molécula de glucógeno puede almacenar más de 50.000 unidades de glucosa sin contribuir
significativamente a la presión osmótica
Whelan determinó que cada cadena B da lugar a dos ramificaciones, y cada segmento de glucógeno lineal tiene la misma longitud
Glucógeno
Así es como se encuentra al glucógeno en mamíferos, peces, aves, invertebrados, bacterias, protozoos y hongos
Optimización:
Dos ramificaciones por cada cadena B
Cadenas de 13 unidades de longitud
Partícula con 12 capas de ramificación
El glucógeno no es una proteína y no hay un gen que lo codifique. En cambio, hay genes que codifican las enzimas que sintetizan glucógeno, donde pueden actuar los mecanismos evolutivos, variando laestructura del producto final (el polisacárido).
Síntesis y degradación de glucógeno. Enfermedad de McArdle.
Inicialmente se descubrió la enzima responsable de la degradación del
glucógeno, la glucógeno fosforilasa.
Se suponía que la ruta de síntesis cursaba con las mismas reacciones.
La enfermedad de McArdle se debe a un desorden genético provocado por la ausencia de la glucógeno fosforilasa muscular.
Los enfermos no pueden descomponer el glucógeno Tipo V, la fuente principal de energía muscular.
Los niveles de glucógeno muscular en estas personas es normal o incluso mayor que en individuos sanos.
Esto hizo suponer que las rutas de síntesis y degradación del glucógeno eran diferentes.
Nucleósidos-difosfo-azúcares
(Glc)n + Pi ⭢ (Glc)n-1 + Glc-1P
Glc-1P + UTP ⮀ UDP-Glc + PPi
(Glc)n + UDP-Glc ⭢ (Glc)n+1 + UDP
Premio Nobel de Química en 1970
Glicoproteínas y glicolípidos
Los oligosacáridos suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos formando glicoproteínas y glicolípidos
Los oligosacáridos pueden unirse a las proteínas de dos formas:
mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina
mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina
Los oligosacáridos se unen a los lípidos por un enlace O-glicosídico a un grupo OH del lípido
La unión y la estructura del oligosacárido son de tal manera que éste no presenta ningún grupo reductor libre.
En la composición del oligosacárido suelen formar parte monosacáridos como: D-glucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D- glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, ácido siálico y fucosa
Los oligosacáridos que forman parte de los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie
Los oligosacáridos también cumplen funciones importantes cuando forman parte de las glicoproteínas solubles del citoplasma
Estructuras generales
Otros glicoconjugados
Heparán sulfato: formando glicoproteínas que regulan diversas funciones (angiogénesis, coagulación)
Condroitín sulfato: formando proteoglicanos en tejido conectivo (cartílago, piel, vasos sanguíneos)
Ácido hialurónico: polisacárido de función estructural que otorga viscosidad (líquido sinovial, humor vítreo)
Glicoconjugados bacterianos
Mycobacterium tuberculosis
LPS bacteriano (toxina)
RMN
MS/MS
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL
FACULTAD DE BIOQUÍMICA Y CIENCIAS BIOLÓGICAS
www.fbcb.unl.edu.ar