carbohidratos

HIDRATOS DE CARBONO

BQ-111

OdontologiaDra. Cinthya Bonilla

FCM-UNAH

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:

Reconocer estructuras bsicas de los

carbohidratos

Describir la clasificacin de los carbohidratos

de acuerdo a su complejidad estructural

Explicar la importancia de los carbohidratos en

variados aspectos funcionales de la clula

GRUPOS FUNCIONALES

Los carbonos unidos por enlaces covalentes en lasbiomoleculas pueden formar cadenas lineales, ramificadas y estructuras ciclicas.

A estos esqueletos de carbono se agregan agrupacionesde otros atomos : GRUPOS FUNCIONALES, los cualesconfieren a las moleculas caracteristicas quimicasespeciales.

No hay otro elemento quimico que pueda formarmoleculas con tanta variedad de tamaos, formas o grupos funcionales.

La mayoria de las biomoleculas son derivados de los hidrocarbonos, donde los atomos de hidrogeno han sido reemplazados por gruposfuncionales y se obtienen las diferentes familias de compuestosorganicos.

Alcoholes: 1 o mas grupos hidroxilos

Aminas: con grupos amino

Aldehidos y Cetonas: grupos carbonilos

Muchas biomoleculas son polifuncionales: contienen 2 o mas gruposfuncionales, con sus propias caracteristicas quimicas. La personalidad de un compuesto esta determinada por la quimica de sus grupos funcionales y su disposicion tridimensional en el espacio.

PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES

CONTENIDO

Objetivos

Definicion

Estructuras

Funciones

Clasificacion

Hidratos de

Carbono

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:

Reconocer estructuras basicas de los

carbohidratos

Describir la clasificacion de los carbohidratos

de acuerdo a su complejidad estructural

Explicar la importancia de los carbohidratos en

variados aspectos funcionales de la celula

HIDRATOS DE CARBONO

Son compuestos formados por Aldehdos o cetonas con 2 o mas grupos hidroxilos(derivados de polihidroxialcoholes)

Formula general es (CH2O)n n3, pueden contener N, P o S.

Llamados Sacridos o azucares

Biomolculas mas abundantes de la Tierra.

Son la mayor fuente de energa: fotosntesis

HIDRATOS DE CARBONO

Cada ao se convierten mas de 100 billones de toneladas metricas de CO2 y H2O a celulosa por medio de la fotosintesis.

Algunos carbohidratos como el azucar y los almidones son la base de la dieta en la mayoria de los paises y la oxidacion de los carbohidratoses la principal via para la obtencion de energia en la mayoria de lascelulas no fotosinteticas.

Los polimeros insolubles de carbohidratos sirven como elementosestructurales y protectores en las paredes celulares de las bacterias, plantas y tejidos conectivos de los animales. Algunos otros polimerosfuncionan como lubricantes para articulaciones y participan en el reconocimiento y adhesion entre celulas.

Fuente de energa (glucosa)

Almacenamiento de energa (glucgeno, almidn)

Fuente de carbn

Estructurales/ proteccin (tejido conectivo)

Reconocimiento/Sealizacin (anticuerpos utilizados por el sistema inmune)

Anticongelantes

Unin a otras macromolculas (GLICOCONJUGADOS: glicoprotenas y glicolpidos)

Adicin de fibra en la dieta

Anticoagulantes

Lubricantes de articulaciones

Componentes de nucletidos

Adhesin celular

Determinantes de grupos sanguneos

Funciones de los hidratos de C

CLASIFICACIN

I. Nmero de unidades de azcar

II. Nmero de tomos de C

III. Posicin del grupo C=O (carbonilo)

IV. Estereoqumica

I.- NMERO DE UNIDADES DE AZCAR:

1 MONOSACRIDOS1 sola unidad

2OLIGOSACRIDOSpor hidrlisis producen de 2 a 10 molculas

3POLISACRIDOS

ms de 10 molculas

MONOSACARIDOS

DEFINICION:

Solidos cristalinos, incoloros, de sabor dulce, muy solubles en agua e insolubles en solventes no polares.

ESTRUCTURA:

Su esqueleto esta formado por cadenas de carbonos no ramificadas, donde todos los carbonos estan unidos porenlaces covalentes simples.

En la forma lineal uno de los carbonos tiene un doble enlace con un atomo de oxigeno formando el grupo carbonilo. Si el grupo carbonilo esta al final de la cadena es una ALDOSA, siesta en cualquier otra posicion es una CETOSA.

MONOSACRIDOS

Son los azucares mas sencillos: una sola unidad de aldehido o cetona con 2 o mas grupos hidroxilos = azucares simples.

No se pueden hidrolizar.

Mas abundante es la dextrosa: D-glucosa de 6 carbonos.

Los mas abundantes tienen 5 o 6 carbonos (pentosas y hexosas) y tienden a ser ciclicos en solucion acuosa.

Hay varios tipos segn el numero de carbonos:

1. Triosas (3 carbonos)

2. Tetrosas (4 carbonos)

POR NMERO DE TOMOS DE C

Pueden ser aldosas o cetosas

MONOSACRIDOS

POR LA POSICIN DEL GRUPO C=O

MONOSACRIDOS

ALDOSAS Y CETOSAS

Todos los monosacridos son aldosas y

cetosas.

Poseen la misma composicin atmica.

Son tautmeros: isomeros estructurales que

difieren en la disposicin de sus H y dobles

enlaces.

Pueden interconvertirse:

MONOSACARIDOS

EJEMPLOS

POR ESTEREOISOMERIA

Estereoisomera:

Arreglo en el espacio de las molculas: Dos compuestos presentan la misma formula molecular pero la disposicin espacial de los grupos H y OH son diferentes.

Ej: glucosa y fructosa (C6 H12 O6 ). (Estereoismeros)

Estereoismeros: El mismo orden y tipos de enlaces

Diferentes arreglos espaciales

Diferentes propiedades

MONOSACARIDOS

ACTIVIDAD OPTICA

Enantimeros

Pares de estereoismeros (Carbonos quirales

asimetricos)

Centro quiral: tiene 4 sustituyentes diferentes

Imgenes espejo no superpuestas, Hay dos grandes

familias: D (dextrorotatorios) y L (levorotatorios)

Son pticamente activos, debido a la presencia de

carbonos asimtricos.

MONOSACARIDOS

ENANTIMEROS

EPIMEROS:

Dos azucares que difieren solamente por la

configuracion alrededor de un carbono .

MONOSACARIDOS

Diastermeros:

Pares de estereoismeros que no son

imagenes de espejo

2,3 butano disustituido

Anomeros:

Son isomeros de monosacaridos que difieren

solo en la configuracion del carbono hemiacetal

(carbono del grupo carbonil).

MONOSACARIDOS

ESTRUCTURA CICLICA

En solucin acuosa

Monosacridos con 5 o ms C (pentosas y hexosas)

Union hemi-acetal del C1 (aldehido) y el C5 (hidroxilo)

MONOSACARIDOS

Las 4 hexosas mas comunes (enantiomeros D, anomeros )

Isomeros Conformacionales:

El anillo de piranosa en las conformaciones de silla y de bote(diferente estructura tridimensional)

MUTARROTACIN

La interconversion de los anomeros y

REVISIN DE LOS TRMINOS

Isomeros conformacionales

CATALISIS DE MONOSACARIDOS

Por oxidacin:

Por reduccin:

Desoxiderivados

Aminoderivados

Derivados

de

Monosacridos

Esteres fosfato

1CIDOS ALDONICOS

-El grupo aldehdo se oxida a

carboxilo. Ejm. cido

glucnico

-Oxidacin suave de una

aldosa con Cu (II) [sln

Fehling].

- Precipitado rojo (Cu2O)

prueba de deteccin de

azcar.

-Con el ion Ag+ como

oxidante y su reduccin plata

metlica. (espejo)

2

LACTONAS

- Esteres intramoleculares de

(1)

- Los cidos aldnicos libres

estn en equilibrio con

las lactonas en disolucin

- Ejm: 6-fosfoglucolactona.

- Otra lactona modificada es el

acido L-ascrbico (Vit C).

3

CIDOS URONICOS

-Catalizada por enzimas

- Ejm: acido glucuronico

importante en las reacciones

de detoxificacion y

componente de polisacridos

naturales

Derivados de los monosacridos

POR OXIDACIN

DERIVADOS POR REDUCCIN

ALDITOLES

Reduccin del grupo carbonilo

En la naturaleza los mas importantes: eritriol, D-manitol y el D-glucitol (sorbitol).

Son polialcoholes:

Inositol: alcohol policclico que es constituyente de lpidos de membrana llamados fosfoinositoles, cuya hidrlisis da lugar a seales qumicas (2 mensajeros).

Cuando el sorbitol se acumula en el cristalino del ojo en los px diabticos puede dar lugar a la formacin de cataratas.

DESOXIDERIVADOS

1. 2-D-desoxirribosa: presente

en el DNA.

2. D-ribosa: presente en el ARN

L-ramnosa (6-desoxi-L-manosa)

L-fucosa (6-desoxi-galactosa) parte de las paredes celulares de bacterias y del glucocaliz de clulas procariotas

cidos silicos:

cido N-acetil

neuramnico

(NANA), compuesto

aislado del tejido

nervioso.

Aminoderivados

Dos derivados de

azucares simples se

encuentran en

muchos polisacridos

naturales:

- -D-glucosamina- -D-galactosamina

Modificaciones

--D-N acetilglucosamina

- Acido muramico

- Acido N-acetilmuramico

- -D-N-acetilgalactosamina

Se encuentran en

oligosacaridos y polisacridos

complejos

ESTERES FOSFATO

Los azucares

fosfato son

intermediarios

importantes del

metabolismo.

Actan como

compuestos

activados en las

sntesis.

GLUCOSIDOS

Se forman por eliminacin de una molcula de agua entre el hidroxilo anomrico de un monosacrido cclico y el OH de otro compuesto (O-glucsido)

Muchos se encuentran en tejidos animales y vegetales

Algunos son txicos: actan como inhibidores de las enzimas que participan en la utilizacin del ATP.Ejm:

- Ouabaina: inhibe la accin de las enzimas que bombean los iones Na y K

- Amigdalina: semillas de almendras amargas, produce cianuro de H (HCN) por hidrlisis.

OLIGOSACARIDOS

DEFINICION:

Son polimeros cortos formados por varios

monosacaridos unidos por medio de enlaces

glucosidicos.

Surgen por condensacin de 2 10 monosacridos,

Disacridos: unin de dos monosacridos (+

sencillos y de > importancia biolgica)

ENLACE GLUCOSIDICO

Enlace glucosidico: cuando un grupo OH de un azcar u otro compuesto

que no es azcar reacciona con el carbono anomrico de un azcar. Esta

es una reaccin de condensacin con liberacin de agua.

DISACARIDOS

Consisten en dos monosacaridosunidos por un enlace covalente O-glucosidico formadocuando el grupohidroxilo de un azucar reaccionacon el carbonoanomerico de otro. Formacion de maltosa a partir de

dos moleculas de D-glucosa

FUNCIONES DE LOS OLIGOSACARIDOS:

COMO MARCADORES CELULARES

Clulas marcadas en sus superficies.

Permite interactuar con otras clulas y molculas

Reconocimiento de lo propio (inmunologia)

Deben estar unidos a protenas de manera especifica.

Lectinas: protenas de fijacin de las bacterias al glucocaliz del epitelio intestinal

La unin especifica de lectinas a los grupos oligosacaridos de las molculas de glucoconjugados.

a) Interacciones clula-clula (rodar de leucocitos)

b) Infecciones celulares por bacterias

c) Infecciones celulares por virus

d) Unin de toxinas a las clulas (clera)

POLISACARIDOS

DEFINICION:

Son polmeros de monosacridos fusionados por enlaces glucosdicos(desde 10 hasta miles de unidades) con pesos moleculares medianosy altos. Tambin son llamados GLICANOS.

Se diferencian por la recurrencia de las unidades de monosacaridos, por la longitud de sus cadenas y el grado de ramificacion.

No tienen un nmero fijo de monosacridos (excepto los de superficies celulares)

Segn la funcin biolgica que desempean hay dos grandes grupos de polisacridos:

1. De reserva o almacenamiento

2. Estructurales

POLISACRIDOS

Segn las unidades de monosacridos:

Homopolisacridos: solo un tipo de monosacarido (ej: solo glucosa =Glucanos) Almidn

Glucgeno

Celulosa

Quitina

Heteropolisacridos: cuando participan dos o mas tipos de monosacaridos. Ejm: glucosaminoglicanos

DE RESERVA O ALMACENAMIENTO

Son aquellos polmeros que los organismos

sintetizan, almacenan y posteriormente degradan,

para usar las unidades monosacridos ya sea

como combustible metablico o materia prima para

sintetizar otras molculas.

Los principales son:

- Amilosa y amilopectina (almidn)

- Glucgeno

POLISACRIDOS

ALMIDN

El almidn es la fuente mas importante de carbohidratos.

Es importante en nutricin humana. Las enzimas que hidrolizan los almidones se conocen como amilasas y . El almidn esta constituido por:

Amilosa: en un 15 20 %, enlaces 1 4.

Amilopectina: en un 80 85 %, cadena ramificada tiene de 20 30 residuos de glucosa que estn unidos por 1 4 en las cadenas y cuando se ramifican los enlaces son 1 6.

Polisacridos de almacenamiento

AMILOSA

Debido al enlace 14 favorece una la

conformacin helicoidal.

La amilopectina por ser

ramificada no la presenta.


AMILOPECTINA


Hay un punto de ramificacin cada 10-20 residuos

GLUCGENO

Almacenamiento de energa en los animales

Almacenado en el hgado y msculo como grnulos

Similar a amilopectina

Posee muchos extremos reductores: permite la rpida movilizacin de Glucosa

Hay puntos de ramificacin cada 8 residuos


ESTRUCTURALES

Son aquellos que los organismos sintetizan para

incorporarlos en la infraestructura fsica de los

organelos, y espacios intercelulares.- (formacin

de tejidos).

La celulosa

La quitina (exoesqueleto de los artrpodos) y los

Glucosaminoglicanos de los tejidos conectivos

animales.

POLISACRIDOS

CELULOSA

Plantas leosas y fibrosas

Polmero mas abundante de la biosfera

Polmero lineal de D-glucosa unidas por enlace 14.

Sus fibrilla presentan una gran resistencia mecnica.

Las enzimas animales no pueden hidrolizar la celulosa ( 14)

- Rumiantes (vacas): bacterias simbiticas que producen las

celulasas necesarias

- Termitas: protozoos capaces de digerirla

paredes celulares de plantas: Xilanos, glucomananos y otros

polisacridos (HEMICELULOSA)

Polisacridos estructurales

QUITINA

Forma parte del caparazn, defiende

a insectos, crustceos, moluscos y

otros seres vivos de su contacto con lo

externo.

Es el segundo polmero ms

abundante en el planeta

Quitosan: "imn bioqumico", capaz de

detectar sustancias nocivas.

- Industria alimenticia

- Cosmtica

- Papelera

- http://www.invdes.com.mx/anteriores/N

oviembre2000/htm/quitina.html

Polisacridos estructurales

1GLUCOSAMINOGLICANOS.

2PEPTIDOGLICANO

Polisacrido de la pared celular

bacteriana

3 GLUCOPROTEINAS

HIDRATOS DE CARBONO COMPLEJOS

4GLICOLIPIDOS Y

LIPOPOLISACARIDOS

1. GLUCOSAMINOGLUCANOS

DEFINICION:

Son polmeros lineales de unidades

repetidas de disacridos

(heteropolisacaridos extracelulares)

FUNCIONES:

Importancia estructural en vertebrados es

proveer:

viscosidad

adhesividad

fuerza tensil a la matriz extracelular

Atraen grandes volmenes de agua.

GLUCOSAMINOGLICANOS

Condroitn sulfato Componente del cartlago

Dermatn sulfato La [ ] durante el proceso del envejecimiento

Acido hialurnico GAG mas abundante en el humor vtreo del ojo y liquido sinovial de las articulaciones

Cordn umbilical Agente que la viscosidad o como agente lubricanteCapacidad de retener el agua en un porcentaje equivalente a miles de veces su peso (cosmtica)

Queratn sulfato Se encuentra en la cornea, el cartlago y los discos invertebrales

Heparina Actividad anticoagulante.

Se encuentra en los mastocitos

FUNCIONES NO ESTRUCTURALES

Heparina:

GAG muy sulfatado, Anticoagulante natural

- Se une a la antiprotombina III: inhibe las enzimas de la

coagulacin

- Se utiliza como frmaco

GLUCOSAMINOGLUCANOS

2. COMPLEJO PROTEOGLUCANO

DEFINICION:

Son glicoconjugados con una proteina central unida covalentemente por enlaces O y -N a un glicano grande (CS(condroitin sulfato), HS (heparin sulfato) o QS (queratinsulfato)

FUNCIONES:

Mantener juntos los componentes proteicos de la piel y del tejido conjuntivo.

Complejo protena-hidrato de carbono (5/95%) y Predominan en la matriz extracelular de los tejidos

Proporciona soporte y elasticidad al cartlago

- Una molcula larga de acido hialuronico

- Se une al colgeno y ayuda a mantener las fibras en una red firme y resistente

Unidas al exterior de la membrana plasmatica por un pepetido transmembranoso o un lipido covalentementeunido proveen puntos de adhesion, reconocimiento y de transferencia de informacion entre las celulas y la matrizextracelular.

GLUCOSAMINOGLUCANOS

MUCOPOLISACARIDOSIS

Son errores innatos del metabolismo de los

glucosaminoglicanos producidos por la

acumulacin progresiva de estas macromolculas

en los lisosomas a consecuencia de la deficiencia

de las enzimas responsables de su degradacin

dentro de estos organelos.

Ejm: Sd de Hurler: enfermedad autosmica

recesiva, se produce una acumulacin de

Dermatn Sulfato

GLUCOSAMINOGLUCANOS

3. GLICOPROTEINAS

DEFINICION:

Las glicoproteinas son conjugados de proteinas y carbohidratos en las que los oligosacaridos (covalentemente unidos) son mas pequeos pero estructuralmente mas complejos que los glucosaminoglicanos de los proteoglicanos (por tanto son mas ricos en informacion)

FUNCIONES:

Son parte de la superficie celular

Son proteinas extracelulares

Son proteinas secretadas

Los oligosacaridos unidos a la molecula:

Determinan la capacidad de doblamiento y estabilidad de lasproteinas

Proveen informacion critica acerca del blanco de las proteinas reciensintetizadas

Permiten el reconocimiento especifico por parte de otras proteinas

3. GLICOPROTEINAS

FUNCIN GLUCOPROTEINA

Estructural Colagenas, elastina, fibrinas

Interaccin clula-clula y adhesin celular

Fibronectina, laminina, colagenas

Enzimatica Ribonucleasa B, protombina, proteasas, glucosidasas

Hormonal Tiroglobulina, eritropoyetina, gonadotropinas, tirotropin

Transportadoras Ceruloplasmina, transferrina

Inmunitaria Igs, sistema de complemento, interferon, grupos sanguneos, antigenos de histocompatibilidad

Lubricante y protectoraInteraccin clula-virus

Mucinas

gp 120 (VIH) se une al receptor CD4 (humano)

Fx CH: Protegen a las protenas de la desnaturalizacin y proteolisis.

GLICOPROTEINAS

Con enlace -N

Con enlace -OLas cadenas de sacridos (glucanos) pueden ligarse a las protenas de dos formas:

Se unen a travs de la

N-acetilglucosamina o

de la N-

acetilgalactosamina por

medio de enlaces con la

asparagina;

Igs: reconocimiento

Marcaje intracelular en eucariotas: destino

adecuado

postraduccin

Se unen mediante un enlace

glucosidico O- entre la N-acetil

galactosamina y el grupo OH de un residuo de treonina o serina.

colgeno: hidroxilisina o hidroxiprolina

-Peces del antrtico: protena

anticongelante

-Mucinas: aumentan la

viscosidad de los lquidos

-Ag de los grupos sanguneos:

identificacin celular y molecular

EJ:

ANTGENOS DE LOS GRUPOS SANGUNEOS

Los oligosacridos determinan los

tipos de grupos sanguneos en el

ser humano

Sistema ABO

Todos los seres humanos

producen el sacrido del grupo O.

El ser humano produce

anticuerpos contra los Ag A y B

pero los del grupo O no son

antignicos

Ag del grupo sanguneo

ABO

ANTGENOS DE LOS GRUPOS SANGUNEOS

Recepcin:

Receptor universal: AB**

Donacin:

Donador universal: O

4. GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS

DEFINICION:

Son componentes de las membranas plasmaticas con cadenas de oligosacaridos unidas covalentemente que quedan expuestas en la superficie externa de las celulas.

Son la caracteristica dominante de la membrana externa de bacterias gram negativo como Escherichia coli y Salmonella typhimurium.

FUNCIONES:

Son blanco principal de anticuerpos secretados por el sistema inmunede los vertebrados en respuesta a la infeccion bacteriana

Son importantes determinantes de los serotipos de las cepasbacterianas (serotipos: cepas clasificadas en base a sus propiedadesantigenicas)

Mecanismos de patogenicidad en bacterias: pueden ser toxicas para el humano, ej: responsables del sindrome de shock toxico causado porinfecciones causadas por bacterias gram negativo.

POLISACRIDOS DE LA PARED CELULAR BACTERIANA

Gram (+):

- Complejo pptido polisacrido de muchas capas (peptidoglucano)

- Por fuera de la membrana celular

POLISACRIDOS DE LA PARED CELULAR BACTERIANA

Gram (-)

- Una sola capa

- cubierto por

la membrana

celular

lipidica

TAREAS:

Importancia de la Bioquimica en la

odontologia.

carbohidratos

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