UNIDAD 2 HIDRATOS DE CARBONO apuntes cátedra Química bilógica

Vista previa del material en texto

QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
1 
 
HIDRATOS DE CARBONO 
También llamados glúcidos o carbohidratos. Abundan en tejidos vegetales formando 
elementos fibrosos, leñosos o de reserva en tubérculos, semillas y frutos. También en tejidos 
animales en los humores orgánicos o como reserva energética. 
Químicamente están compuestos por C, H2 y O2 y pueden definirse como polihidroxialdehídos 
o polihidroxiacetonas o sea que poseen una función aldehído o cetona y varias funciones 
alcohólicas. La fórmula empírica de los mismos es (CH2O) n. 
Clasificación 
 Monosacáridos (MS): 1 unidad de polihidroxialdehídos o polihidroxiacetonas. Son 
cristales blancos, dulces y solubles en agua. 
 Oligosacáridos (OS): 2-10 unidades de MS unidas (di, tri, tetrasacáridos, etc.) son 
solubles en agua y cristalinos. 
 Polisacáridos (PS): más de 10 unidades de MS ya sea lineales o ramificadas. 
Generalmente son amorfos, insípidos e insolubles en agua. 
MONOSACÁRIDOS 
En general se denominan agregando a su nombre el sufijo osa. Si poseen función aldehído se 
llaman aldosas y si tienen función cetona se llaman cetosas. Se acostumbra designarlos 
combinando el nombre que indica el número de carbonos y la función por ejemplo: 
aldohexosas, cetopentosa, etc. 
Los monosacáridos más simples son triosas de las cuales existe una aldotriosa (el 
gliceraldehído) y una cetotriosa ( dihidroxiacetona). 
H CH2-OH 
C=O C=O 
CH-OH CH2-OH 
CH2- OH DIHIDROXIACETONA (CETOTRIOSA) 
GLICERALDEHIDO (ALDOTRIOSA) 
Si se analiza la fórmula del gliceraldehído se ve que el C es asimétrico o sea que sus 4 valencias 
tienen grupos distintos. Esto implica que pueden existir dos isómeros del compuesto con 
diferentes propiedades ópticas. Uno desvía el plano de la luz polarizada en el sentido de las 
agujas del reloj y por lo tanto será dextrógiro y se lo designa anteponiendo la letra D a su 
nombre. El otro será levógiro y se coloca la letra L antes de su nombre. Por convención en las 
fórmulas desarrolladas se presenta el D gliceraldehído con el OH del C2 hacia la derecha y el 
compuesto L con el OH hacia la izquierda. 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
2 
 
La actividad óptica de un compuesto son varios carbonos asimétricos es la resultante de la 
interacción de todos ellos. Por esta razón la rotación D de un azúcar de más de tres carbonos 
no indica que sea dextrógiro, sino que el carbono secundario más alejado de la función 
aldehído tiene la misma configuración que el C2 del D gliceraldehído. Lo mismo se aplica a los 
de la serie L. la actividad óptica se debe indicar con un (+) o (-) a continuación de la D o L . 
Los organismos superiores, entre ellos el humano, sólo utilizan y sintetizan glúcidos de la serie 
D. 
Familia de las D-aldosas. A medida de que se adiciona un carbono por debajo del grupo 
carbonilo en la serie d-aldosa (triosas, tetrosas, etc.), se generan dos nuevos diasteroisómeros. 
Se marcan en rojo los carbonos asimétricos y se recuadran los monosacáridos más comunes en 
los sistemas biológicos. No se representa la configuración l, que sería la imagen especular de 
las formas D. Se señala en azul el grupo OH que marca la configuración D. 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
3 
 
Familia de las D-cetosas. Para moléculas con el mismo número de carbonos que en la serie de 
las aldosas, el número de carbonos asimétricos (en rojo) es menor y, por lo tanto, también los 
posibles isómeros. Se recuadran los monosacáridos más comunes en los sistemas biológicos. 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
4 
 
Monosacáridos de interés en bioquímica humana 
Glucosa: llamada también dextrosa, es el más abundante y fisiológicamente el más importante 
ya que es el principal combustible celular. Se lo encuentra libre en frutos maduros, en la 
sangre y humores orgánicos. 
Se ha presentado a los MS como cadenas lineales, sin embargo la reactividad distinta del grupo 
aldehído o cetona de los MS, se debe al hecho de que tienden a formar moléculas cíclicas. La 
función aldehídica del C1 en proximidad con los OH de C5 puede formar una unión de tipo 
hemiacetal originando un anillo de 6 elementos (hemiacetal: es el compuesto formado por un 
aldehído o cetona con un alcohol). Estos anillos con ciclo hexagonal se llaman anillos piranosa 
que es más estable. 
Por otra parte la estructura cíclica explica la existencia de las formas alfa o beta. El C1 en las 
formas cíclicas es asimétrico y puede estar hacia arriba (beta) o hacia abajo (alfa). A este tipo 
de isótopos se los llama anómeros. 
 
Formas anoméricas de la D-glucopiranosa. Proceso de mutarrotación en el que se produce una 
interconversión de la forma α a la β, posiblemente a través de un paso por la forma lineal. 
Estos anómeros sólo se diferencian en la configuración del carbono anomérico (C-1). 
 
 
Manosa: es una aldohexosa que forma parte de oligosacáridos constituyentes de la porción 
glucídica de glucoproteínas. Difiere de la glucosa por la configuración del C2. 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
5 
 
Galactosa: es una aldohexosa y raramente está libre en la naturaleza, si se la encuentra unida 
en moléculas más complejas por ej.: junto a la glucosa forma el disacárido lactosa o azúcar de 
leche. La galactosa es menos dulce que la glucosa. 
Presenta forma cíclica de piranosa y por lo tanto las formas alfa y beta. 
 
 
Fructosa: es una cetohexosa, está libre en los frutos maduros y en la miel. Tiene mayor poder 
edulcorante que la glucosa. Combinada con esta forma la sacarosa o azúcar de caña. 
Posee una función cetona en C2 y adopta una fórmula cíclica por unión hemiacetálica entre C2 
y C5 formando un anillo pentagonal llamado anillo furanosa de esta forma, la función cetona 
del C2 es potencial y es responsable de las propiedades reductoras de la fructosa. Hay dos 
configuraciones a nivel del C2 dando isómeros alfa y beta. 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
6 
 
Pentosas: 
La de mayor importancia es la aldopentosa D-ribosa presente en ácidos ribonucleicos (ARN). 
Presenta forma cíclica tipo furanosa y tiene los anómeros alfa y beta. 
 
 
 
Derivados de Monosacáridos 
Glicósidos: el carbono anomérico hemiacetálico de MS puede reaccionar con otra molécula 
para formar estos compuestos con pérdida de una molécula de H2O.Según la configuración del 
MS puede formar uniones alfa o beta y perdiendo las propiedades reaccionales del aldehído o 
cetona. Cuando el MS reaccionante es la glucosa el compuesto se llama glucósido, si la unión 
es el C1de galactosa será un galactósido y si el involucrado es el C2 de la fructosa será un 
fructósido. Los MS pueden establecer uniones glucosídicas entre sí como en los di y 
polisacáridos. 
Enlaces glucosídicos 
 
 
 
 
D ribosa (lineal)D ribofuranosa 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
7 
 
Desoxiazúcares: son derivados de MS por la sustitución de un OH alcohólico por un H. Es de 
especial interés es la 2-D-desoxirribosa que forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA). 
Productos de oxidación de aldosas: bajo la acción de oxidantes suaves la función aldehído se 
oxida a carboxilo y origina los llamados ácidos aldónicos (glucosa ácido glucurónico). La 
oxidación energética afecta ambos carbonos terminales de la aldosa (C1 y C6) originando 
ácidos dicarboxílicos llamados ácidos aldónicos (glucosa ácido glucárico). 
Ésteres fosfóricos: en muchas reacciones se producen ésteres de MS con ácido fosfórico en un 
proceso llamado fosforilación y es el primer paso en la utilización de MS en el organismo. 
Aminoazúcares: en ellos se ha sustituido un hidroxilo del MS por un grupo amino. Son 
componentes estructurales del exoesqueleto de insectos, también son constituyentes de 
glucolípidos y de cartílagos. 
Productos de reducción de hexosas: por reducción del grupo aldehído a cetona formándose el 
polialcohol correspondiente, por ej.: glucosa sorbitol. 
DISACÁRIDOS. Se forman por unión de dos MS con pérdida de una molécula de H2O. Los más 
importantes son: 
1. Maltosa: también llamado azúcar de malta, es un producto de la hidrólisis del almidón. Es 
algo dulce y muy soluble en H2O. Se forma por la unión del C1 de la alfa D-glucosa al C4 de 
otra molécula de D-glucosa. El aldehído potencial de la segunda glucosa queda libre y puede 
existir en forma alfa o beta. 
2. Lactosa: está en grandes cantidades en la leche. Por hidrólisis origina los MS galactosa y 
glucosa. La unión se establece entre el C1 de la beta D-galactosa y el C4 de la D-glucosa. El C1 
de la glucosa queda libre y puede presentar formas α o β. 
3. Sacarosa: es usado como edulcorante en la alimentacion. Se lo obtiene de la caña de azúcar 
y de la remolacha azucarera. Está formado por glucosa y fructosa unidas por un enlace donde 
participan el C1 de la alfa glucosa y el C2 de la beta fructosa de esta forma, ambos grupos 
aldehídos y cetonas potenciales, están bloqueados y el disacárido no tiene capacidad 
reductora. 
 
DISACÁRIDO MONOSACÁRIDOS QUE LO CONSTITUYEN 
MALTOSA unión α (1 4) α D GLUCOSA + D GLUCOSA 
LACTOSA unión β (1 4) β D GALACTOSA + D GLUCOSA 
SACAROSA ( no es ni α ni β – C anoméricos bloqueados) α D GLUCOSA + β D FRUCTOSA 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
8 
 
 
POLISACÁRIDOS 
La mayoría de los hidratos de carbono se encuentran en la naturaleza formando polímeros de 
gran masa molecular y tamaño, es decir en forma de polisacáridos. 
Están cosntituidos por numerosas unidades de MS unidas por enlaces glucosídicos. Algunos 
son polímeros de un sólo tipo de MS y se los llama homopolisacáridos mientras que otros 
están constituidos por más de una clase de MS y se los llama heteropolisacáridos todos ellos 
son denominados glicanos. 
La mayoria son amorfos, blancos e insípidos no reductores. El tamaño de la molécula es en 
general muy grande perteneciendo a la categoría de macromoléculas. 
Homopolisacáridos: se los denomina agregando el sufijo ano al nombre del MS constituyente, 
por ej.:glucosa glucanos, manosa mananos, etc. El tamaño no es constante y varia 
dentro de amplios límites pues constantemente se está produciendo adición o separación de 
restos monosacarídicos según la necesidad de la célula u organismo al cual pertenecen. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
9 
 
Almidón: cumple el papel de reserva nutricia en los vegetales formando gránulos cuya forma y 
tamaño varían. El almidón es el principal H de C de la alimentación humana, se lo encuentra en 
cereales en la papa y en ciertas legumbres. Esta compuesto por dos glucanos diferentes: la 
amilosa y la amilopectina. Ambos son polímeros de glucosa pero difieren en su estructura, 
generalmente el almidón contiene alrededor de 20% de amilosa y el resto amilopectina. 
Amilosa: puede estar constituida por 1.000 a 6.000 unidades de D-glucosa(160.000 y 800.000 
daltons ), unidos entre si por enlaces alfa desde el C1 de una G al C4 de la siguiente formando 
largas cadenas que adoptan una disposicion helidoidal enrollándose alrededor de un eje 
central. Cada vuelta de la hélice abarca 6 unidadesde glucosa, los restos OH de los restos 
monosacáridos se disponen hacia el exterior. En agua forma moléculas hidratadas (no es 
verdaderamente soluble en ella). 
Amilopeptina: tiene mayor tamaño molecular que la amilosa, puede llegar a más de 60.000 
unidades de glucosas. 
La estructura básica es similar a la de amilosa ya que está formada por glucosas unidades por 
enlaces alfa (1 4) pero se distingue por poseer ramificaciones, que son cadenas lineales de 
unas 24-26 glucosas unidas entre sí por enlaces alfa (1 4) y a la cadena central por un 
enlace que va desde el C1 de la 1ª glucosa de la ramificación al C6 de la glucosa de la cadena 
principal, alfa (1 6). Las ramificaciones están separadas por unas 7 unidades de glucosa en 
la cadena sobre la cual se insertan. A su vez de las ramificaciones primarias se desprenden 
siempre por enlaces alfa (1 6) otras secundarias y de estas terciarias que tienen una 
extensión de 15-16 unidades. En agua produce disoluciones coloidales o micelas. 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
10 
 
Glucógeno: es el polisacárido de reserva en células animales. El hígado y el músculo son los 
tejidos más ricos en glucógeno. 
Es un polisacárido de alfa D-glucosa muy semejante a la amilopectina ósea que tiene 
estructura ramificada con cadenas lineales con uniones alfa (1 4) que se insertan en otras 
por uniones alfa (1 6).la diferencia entre amilopectina y glucógeno radica en el hecho de 
que es mucho más ramificado. Las ramificaciones se desprenden cada 4 unidades de glucosa 
en lugar de 7 y las ramificaciones secundarias, terciarias y cuaternarias son más numerosas 
dando así una estructura más compacta. 
El hígado puede llegar a constituir el 10% de su peso y en músculo solo el 1 %. 
 
 
 
 
 
 
 
QUÍMICA BIOLÓGICA 2020 – TECNICOS UNIVERSITARIOS ASISTENCIALES EN SALUD 
Prof. N. Mac Intosh / Prof. C,Viale 
UNIDAD 2: HIDRATOS DE CARBONO 
11 
 
Polisacáridos estructurales 
Muchos PS sirven de elementos estructurales en las paredes y en las cubiertas de las células, 
en los espacios intercelulares y en el tejido conjuntivo donde dan forma y confieren elasticidad 
o rigidez a los tejidos animales y vegetales, asi como proteccion y soporte a los organismos 
unicelulares; tambien constituyen los compuestos orgánicos principales del exoesqueleto de 
muchos invertebrados por ejemplo: la quitina, celulosa, etc. 
Celulosa: es un glucano que cumple funciones estructurales en los vegetales donde forma 
paredes celulares. Esta constituida por más de 10.000 unidades de glucosa unidas mediante 
enlaces glucosídicos beta (1 4). Su estructura es lineal y no posee ramificaciones. 
 
Heteropolizacaridos: Dan por hidrólisis más de MS, frencuentemente se asocian a proteínas. 
Glicosaminosglucanos: llamados anteriormente mucopolisacáridos por ej: la heparina 
(intracelular), ácido hialurónico (en sustancia intercelular del tejido conjuntivo,en el humor 
vitreo del ojo, en el liquido sinovial, etc), glicoproteinas (proteínas conjugadas con OS como 
grupo prostético presentes en la superficie externa de la membrana de células animales 
proteínas plasmáticas, en la membrana de eritrocitos dando especificidad al sistema ABO de 
grupos sanguíneos).