Introduccin a la bioqumica

Captulo 8: Carbohidratos Xchitl RicharteCarbohidratosLos carbohidratos (tambin llamados sacridos), son la clase ms abundante de molculas biolgicas en la Tierra.

Los carbohidratos comprenden monosacridos, oligosacridos y polisacridos. Los monosacridos se dividen en aldosas o cetosas, o sus derivados.El nombre carbohidrato, hidrato de carbono, indica que su frmula emprica es(CH2O)n, donde n es 3 o ms (en general n es 5 o 6, pero puede ser hasta 9).Disacridos y otros glicsidosEl enlace glicosdico es el principal enlace estructural en todos los polmeros de los monosacridos. Los compuestos que tienen enlaces glicosdicos se llaman glicsidos.Es un enlace acetal, donde el carbono anomrico de un azcar se condensa con un alcohol, una amina o un tiol.

Reaccin de glucopiranosa con metanolProduce un glucsido. En esta reaccin de condensacin catalizada por cido, el grupo OH anmero del hemiacetal se sustituye por un grupo OCH3 y se forma un metil glucsido, que es un acetal. El producto es una mezcla de los anmeros a y b del metil glucopiransido.

Estructuras de los disacridosLos disacridos se forman cuando el carbono anomrico de una molcula de azcar interacta con uno de varios grupos hidroxilo de la otra molcula de azcar.

MaltosaEs un disacrido liberado durante la hidrlisis del almidn, que es un polmero de residuos de glucosa.CelobiosaLa celobiosa es el disacrido repetitivo en la estructura de la celulosa, un polisacrido vegetal, y se libera durante la degradacin de la celulosa

LactosaCarbohidrato principal en la leche, es un disacrido que slo se sintetiza en las glndulas mamarias lactantes SacarosaEs el disacrido ms abundante en la naturaleza; slo lo sintetizan las plantas. Su enlace glicosdico une los tomos de carbono anomricos de dos residuos de monosacrido.

Azcares reductoresComo los monosacridos y la mayor parte de los disacridos son hemiacetales y en consecuencia contienen un grupo carbonilo reactivo, se oxidan con facilidad y forman productos diversos.Los azcares reductores se detectaban por su capacidad de reducir iones metlicos, como o Ag y formar productos insolubles.

Azcares no reductoresLos carbohidratos que son acetales, como la sacarosa, no se oxidan con facilidad, porque ambos tomos de carbono anomricos estn fijos en un enlace glicosdico.

Direccin de las cadenas polimricasEn un polmero lineal suele haber un extremo reductor (el residuo que contiene al carbono anomrico libre) y un extremo no reductor.Un polisacrido ramificado tiene varios extremos no reductores, pero slo un extremo reductor.Nucletidos y otros glicsidosLos carbonos anomricos de los azcares forman enlaces glicosdicos no slo con otros azcares, sino tambin con diversos alcoholes, aminas y tioles.Los nuclesidos se llamanN-glicsidos debido que en el enlace glicosdico particima un tomo de nitrgeno.

Losb-galactsidos son otra clase abundante de glicsidos. En esos compuestos se unenvarias molculas de no azcar en enlace b con la galactosa.

PolisacridosPolmeros que slo contienen residuos de un tipo de monosacrido.Polmeros que contienen residuos de ms de un tipo de monosacrido.HomoglicanosHeteroglicanosLas longitudes y las composiciones de las molculas de polisacrido pueden variar dentro de una poblacin. Se pueden clasificar de acuerdo consus funciones biolgicas.

Estructuras de polisacridos

Almidn y glucgenoEl almidn y el glucgeno son homoglicanos de almacenamiento. Los residuos de glucosa se almacenan como polisacridos, hasta que se necesitan para producir energa. El exceso de glucosa se puede descomponer y producir energa metablica.

En las clulas vegetales, el almidn existe como mezcla de amilosa y amilopectina, y se almacena en granos cuyos dimetros van de 3 a 100 mm.AlmidnLa amilosa es una forma de almidn, y es un polmero lineal de residuos de glucosa unidos por enlaces a-(1 4)-D-glicosdicos.

La amilopectina es una versin ramificada de la amilosa. Las ramas, o cadenas laterales polimricas, estn unidas mediante enlaces glicosdicos a-(1 6) a las cadenas lineales de residuos, unidos por enlaces glicosdicos a-(1 4).GlcogenoTambin el glucgeno es un polmero ramificado de residuos de glucosa. Contiene los mismos tipos de enlace de la amilopectina, pero en el glucgeno las ramas son ms pequeas y ms frecuentes, y se presentan cada ocho a 12 residuos.

GlucgenoSon mayores que las de almidn, y contienen hasta unos 50 000 residuos de glucosa.En los mamferos, de acuerdo con su estado de nutricin, el glucgeno puede formar hasta 10% de la masa del hgado, y 2% de la masa de los msculos.Las estructuras ramificadas de la amilopectina y el glucgeno slo poseen un extremo reductor, pero muchos extremos no reductores. Es en esos extremos no reductores donde se efecta la prolongacin y la degradacin enzimticas.

Celulosa y quitinaLa celulosa es un polisacrido estructural.Es un polmero lineal de residuos de glucosa, pero en la celulosa esos residuos estn unidos por enlaces b-(1 4) y no por enlaces a-(1 4).El tamao de las molculas de celulosa vara mucho, y va desde unos 300 hasta ms de 15 000 residuos de glucosa.

Celulosa

Uno de los principales componentes de las paredes celulares rgidas que rodean muchas clulas vegetales.

QuitinaEs un homoglicano estructural que se encuentra en los exoesqueletos de los insectos y crustceos, y tambin en las paredes celulares de la mayor parte de los hongos y en muchas algas.Es un polmero lineal parecido a la celulosa. Est formado por residuos de GlcNAc unidos por b-(1 4), y no por residuos de glucosa.Los residuos de GlcNAc en cadenasadyacentes de quitina forman puentes de hidrgeno entre s, y el resultado son fibrillas lineales de gran resistencia.

GlicoconjugadosLos glicoconjugados consisten en polisacridos unidos a (conjugados con) protenas o pptidos.Los heteroglicanos aparecen en tres tipos de glicoconjugados:Proteoglicanos PeptidoglicanoGlicoprotenas.

ProteoglicanosSon complejos de protenas y una clase de polisacridos llamados glicosaminoglicanosEsos glicoconjugados se presentan principalmente en la matriz extracelular (tejido conectivo) de animales multicelulares.Los glicosaminoglicanos son heteroglicanos no ramificados de unidades repetitivas de disacrido. Un componente del disacrido es un amino azcar, ya sea D-galactosamina (GalN) o D-glucosamina (GlcN).

ProteoglicanosLos proteoglicanos estn muy hidratados y ocupan un gran volumen porque su componente glicosaminoglicano contiene grupos polares y inicos.Estas propiedades confieren elasticidad y resistencia a la compresin, que son propiedades importantes del tejido conectivo.

PeptidoglicanosLos peptidoglicanos son polisacridos unidos a pptidos pequeos. El componente heteroglicano est formado por residuos alternados de GlcNAc y cido N-acetilmurmico (MurNAc) unidos por enlaces b-(1 4)).

Las paredes celulares de muchas bacterias contienen una clase especial de peptidoglicano con un componente de heteroglicano unido a un pptido de cuatro o cinco residuos.

En las bacterias Gram-negativas hay una capa delgada de peptidoglicano entre la membrana plasmtica interna y la membrana externa. En el procedimiento de tincin de Gram no retiene el color la pared de peptidoglicano.En las bacterias Gram-positivas no hay membrana externa, y la pared celular de peptidoglicano es mucho ms gruesanla gruesa pared de peptidoglicano de las bacterias Gram-positivas retiene un complejo colorante prpura

GlicoprotenasLas glicoprotenas, como los proteoglicanos, son protenas que contienen oligosacridos unidos en forma covalente (es decir, protenas que estn glicosiladas; los proteoglicanos son un tipo de glicoprotena).La mayor parte de las glicoprotenas se secretan de la clula o se unen a la superficie externa de la membrana plasmtica.26GlicoprotenasLa composicin de las cadenas de oligosacaridos puede variar, aun entre molculas de la misma protena, fenmeno que se llama microheterogeneidad.1. Una cadena de oligosacrido puede contener varios azcares diferentes.2. Los azcares pueden estar unidos por enlaces glicosdicos a o b.3. Tambin los enlaces pueden unir varios tomos de carbono en los azcares.4. Las cadenas de oligosacridos de las glicoprotenas pueden contener hasta cuatro ramas.Enlaces O y NUna glicoprotena individual puede contener oligosacridos unidos en O y tambin en N.En los oligosacridos unidos por O, un residuo de GalNAc se enlaza, en forma tpica, a la cadena lateral de un residuo de serina o de treonina. En los oligosacridos unidos por N, un residuo de GlcNAc est unido al nitrgeno de amida en un residuo de asparagina.

Subclases de O-glicosdicos1. El enlace O-glicosdico ms comn es el de GalNAc-Ser/Thr mencionado antes. Hay otros azcares, por ejemplo, galactosa y cido silico, que con frecuencia se unen al residuo de GalNAc .2. Algunos de los residuos de 5-hidroxilisina (Hyl) de colgena se unen a la D-galactosa a travs de un enlace O-glicosdico. Esta estructura es exclusiva de la colgena.

3. Los glicosaminoglicanos de ciertos proteoglicanos estn unidos a la protena interior mediante una estructura Gal-Gal-Xyl-Ser.

4. En algunas protenas, un solo residuo de GlcNAc est enlazado a serina o treonina .