Desc Carbohidratos
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Aline Freitas de Melo Departamento de Biología Molecular y Celular Área Bioquímica 2014 Objetivos • Conocer las principales características Bioquímicas de los Carbohidratos y de su importancia en los animales de interés veterinario. Tabla de contenidos 1. 2. 3. 4. 5. Definición Sinonimias Un poco de historia Importancia Clasificación 5.1. Monosacáridos 5.2. Oligosacáridos 5.3. Polisacáridos 5.4. Glucoconjugados Definición Clasificación Propiedades Importancia Definición • Cadena de carbonos no ramificada unida por enlaces sencillos, pudiendo ser polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, según la posición del grupo carbonilo (o que por hidrólisis generen estos compuestos). ALDEHÍDO Carbohidratos más sencillos CETONA H H C1 O H C2 OH H C3 OH H Gliceraldehído Aldotriosa H H C1 OH C2 O C3 OH Sacarosa H Dihidroxiacetona Cetotriosa Glucosa Fructosa Sinonimias • Hidratos de carbono - C6(H2O)6 Formula empírica: Cn(H2O)n n ≥ 3 Glucosa • Glúcidos (gr. “glykys”: dulce) • Sacáridos (gr. “sakkharon”: azúcar) • Azúcares Un poco de historia • Andreas Sigismund Marggraf (1747): Pasas de uva (un tipo de azúcar) • Jean Baptiste Andre Dumas (1838): Glucosa • Emil Fischer (1891): Estructura de la glucosa: C6(H2O)6 galactosa, fructosa y sorbosa Isomería Proyección de Fischer Glucosa Galactosa C6(H2O)6 Fructosa Sorbosa ISOMERÍA estructural = fórmula molecular ≠ fórmula estructural = Propiedades diferentes Importancia Almidón fructosa celulosa aminoácidos proteínas lípidos Fotosíntesis Importancia 6CO2 Fotosíntesis 6H2O ANIMAL GLUCOSA GLUCÓLISIS ALMIDÓN CELULOSA FRUCTOSA SACAROSA AMINOÁCIDOS LIPIDOS Ciclo de Krebs PIRIMIDINAS AMINOÁCIDOS PURINAS PLANTA Importancia Glc Glc Glc Glc Glc Glc Glc Glc Glc Glc Glc En todas células Tejidos Órganos Sistemas Glc Glc Glc ALMIDÓN Glc Glc Glc Glc Glc Glc Importancia • Energética: fuente de energía ATP • Estructurales: vegetal y animal (celulosa y quitina); composición de la matriz extracelular de diferentes tejidos (tendones, ligamentos, piel) • Protección: Mucinas; lubricante de las articulaciones • Reconocimiento celular: ataque a organismos extraños Clasificación Según el número de carbonos: • Monosacáridos: aldosas y cetosas (3 a 7 C) • Oligosacáridos: 2 a 10 unidades de monosacáridos • Polisacáridos: > 10 unidades de monosacáridos Clasificación Monosacáridos (3 a 7 C) • Definición • Clasificación • Propiedades: físicas y químicas • Importancia Monosacáridos: definición • Glúcidos más sencillos, no pudiendo ser hidrolizados • Polihidroxi ALDEHÍDO o CETONA • Nomenclatura: Nº C + OSA Ej. TRIOSA ALDEHÍDO CETONA H ALDTRIOSAS H C1 O H C2 OH H C3 OH H H C1 OH C2 O C3 OH H H Gliceraldehído Dihidroxiacetona CETOTRIOSAS Monosacáridos: clasificación • Clasificación según el grupo funcional (carbonilo = aldehído o cetona) y el numero de "C " Nº de carbonos 3 4 5 6 7 Aldehído Aldotriosas Aldotetrosas Aldopentosas Aldohexosas Aldoheptosas Cetona Cetotriosa Cetotetrosas cetopentosas Cetohexosas Cetoheptosas Monosacáridos: importancia Intermediarios de vías metabólicas Gliceraldehído Dihidroxiacetona Eritrosa Ribosa Glucosa Galactosa Fructosa Monosacáridos: propiedades físicas • Solubles en agua • Sabor dulce; incoloro; sólidos; alto punto de fusión • Cristalizables (cristales blancos que pueden oscurecer con el calor) • Actividad óptica (isómeros ópticos) Polarímetro L D Monosacáridos: propiedades químicas • Isomería • Formación de estructuras cíclicas • Agentes reductores Monosacáridos: principales tipos de isomería • Estructurales: Misma fórmula molecular C3(H2O)3 estructural H C1 O H C2 OH CH2OH H H C1 OH C2 O CH2OH Gliceraldehído Dihidroxiacetona ≠ fórmula Monosacáridos: principales tipos de isomería • Enantiómeros (tipo de isómero óptico): Presencia de C quiral (4 sustituyentes diferentes); difieren en la posición del OH de C quiral más alejado del C carbonilo H C1 O H C2 OH CH2OH D- gliceraldehído O H C1 2n enantiómeros -> 1 C quiral = 2 HO C2 H CH2OH L- gliceraldehído Si el grupo OH del C quiral más alejado del grupo aldehído o cetona (carbonilo) queda a la derecha -> D izquierda -> L Configuración D es la más frecuente en la naturaleza Monosacáridos: principales tipos de isomería • Enantiómeros H H H OH C1 O C2 OH HO C1 O C2 H H C3 OH C3 H H C4 OH HO C4 H H C5 OH OH C5 H C6H2OH C6H2OH D-glucosa L-glucosa 2n enantiómeros -> 4 C quiral = 16 D-Gulosa D-Idosa D-Galactosa D-Alosa D-Altrosa D-Manosa D-Talosa Monosacáridos: principales tipos de isomería • Epímeros (tipo de isómero óptico): Difieren en la posición del OH alrededor de sólo un C quiral (excepto el más alejado del C carbonilo). H C1 O H C2 OH OH C3 H OH OH H C1 O C2 H C3 H H C4 OH H C4 OH H C5 OH C6H2OH H C5 OH C6H2OH D-glucosa D-manosa H C1 O H C2 OH OH C3 H OH C4 H H C5 OH C6H2OH D-galactosa Interconversión: Enzimas: epimerasas Monosacáridos: formación de estructuras cíclicas • Aldotetrosas y monosacáridos con más de 5 C en solución -> 99% en anillo -> hemiacetales y hemicetales Haworth ANÓMEROS D-glucosa C hemicetálico anomérico Nuevo C asimétrico •Los anómeros α y β se interconvierten en solución acuosa: -Mutarrotación Monosacáridos: formación de estructuras cíclicas O pirano O furano Monosacáridos: isómeros conformacionales α-D-Glucopiranosa Hassel Conformación preferida de la α-D-Glucosa = silla Silla Silla Bote Monosacáridos: agentes reductores Cu2+ Ion cupríco Cu+ Ion cuproso β-D-Glucosa Carbonilo Carboxilo Oxida D-Glucosa Era usado para estimar la glucemia cantidad de agente oxidante que se reduce Monosacáridos: derivados de hexosas D-Glucosa Grupo amino + ác. acético Grupo amino β-D-Glucosamina N-acetil-β-D-Glucosamina Grupo carboxílico D-Glucosa 6 Fosfato Glucoranato Grupo amino Clasificación Oligosacáridos • Definición • Clasificación • Disacáridos • Propiedades Oligosacáridos: definición • Constituidos por dos o más monosacáridos unidos por enlace O-glicosídico, con perdida de una molécula de agua, dando los monosacáridos que lo formaban. Oligosacáridos: clasificación • Según la cantidad de monosacáridos: -Disacáridos -Trisacáridos -Tetrasacáridos… decasacáridos Conjugados con proteínas y lípidos Oligosacáridos: propiedades • Solubles en agua • Sabor dulce • Cristalizables • Hidrolizables • Pueden ser reductores Clasificación Oligosacáridos: disacáridos • Dos unidades de monosacáridos (o residuos), unidos por un enlace glucosídico Glc (α1 4β) Glc = Maltosa H2O Condensación Absorben energía Catalizada por enzimas Oligosacáridos: disacáridos 1 5 2 4 3 α-D-Glucosa 6 β -D-fructosa Giro de 180° 6 2 5 4 3 1 Glc (α1 2β) Fru = Sacarosa Oligosacáridos: disacáridos β -D-galactosa β -D-Glucosa Gal (β 1 4β) Glc = Lactosa Oligosacáridos: disacáridos Glc (β 1 4β) Glc = Celobiosa Oligosacáridos: reductores C anomérico libre Clasificación Polisacáridos • Definición • Propiedades • Clasificación • Principales polisacáridos Polisacáridos: definición • Polímeros lineales o ramificados de monosacáridos iguales o diferentes Polisacáridos: propiedades • No presentan sabor dulce • Elevado peso molecular • Insolubles en agua Polisacáridos: clasificación • Según su función: - Estructurales (soporte y resistencia, enlaces β) -Reserva (reserva energética, enlaces α) • Según su composición: -Homopolisacáridos: un mismo tipo de monosacárido -Heteropolisacáridos: dos o más tipos de monosacáridos • Según su complejidad: -Simples: 20 o más monosacáridos -Conjugados: Compuestos por lípidos o proteínas Polisacáridos de reserva: glucógeno • Homopolímero de reserva animal: Glc (14) y ramificaciones (16) cada 8 a 12 residuos Polisacáridos de reserva: glucógeno •Se almacenan en gránulos • Alta capacidad de reserva •Enzimas para síntesis y degradación •Ataque enzimático extremos no reductores Músculo Hígado Polisacáridos de reserva: almidón • Homopolímero de reserva vegetal: Glc (14) y ramificaciones (16) cada 24 a 30 residuos • Polisacáridos la amilosa y la amilopectina (monómeros de Glc) • Amilosa: Glc (14) y amilopectina (16) Amilasa Polisacáridos estructurales: celulosa • Homopolímero estructural vegetal: Glc (14) • Molécula lineal no ramificada (10.000 a 15.000 un.) • Parede vegetal;Polisacárido más abundante Microorganismos celulasa Polisacáridos estructurales: quitina • Homopolímero estructural animal: residuos Nacetilglucosamina unidos por (14) • No es digerible por vertebrados • Es el segundo polisacárido más abundante Polisacáridos estructurales: glucosaminoglucanos • Heteropolímero estructural animal • Molécula lineal no ramificada compuesto por unidades repetidas de 2 disacáridos: 1) N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina 2) D-glucorónico o L-idurónico Ácido glucurónico Polisacáridos estructurales: glucosaminoglucanos • Hialuronano Ácido glucurónico N-acetilglucosamina - Lubrificante del liquido sinovial (solución viscosa) - Consistencia gelatinosa al humor vítreo - Matriz extra celular de cartílagos y tendones (resistencia y elasticidad) Polisacáridos estructurales: glucosaminoglucanos • Sulfato de condroitina Ácido glucurónico N-acetilgalactosamina-4-Sulfato -Grupo sulfato: asociación con H2O (hidratación a la matriz extracelular) - Cartílagos, tendones, ligamentos, vasos sanguíneos y piel (flexibilidad y resistensia) Polisacáridos estructurales: glucosaminoglucanos • Sulfato de Heparina Ácido idurónico-sulfato Glucosamina—3,6 Sulfato - Anticoagulante: sangre (baja concentración) y hígado y pulmones: evitar coágulos - Terapéutico (trombosis) - Purificado (análisis clínicos) Clasificación GLUCOCONJUGADOS Glucoconjugados • Proteoglucanos • Glucoproteínas • Glucolípidos Glucoconjugados: proteoglucanos • Unidad básica: Proteína núcleo +glucosaminoglucano • Glucosaminoglucano(s) unido a una proteína de membrana o de secreción • Funciones: aumento de la concentración de factores del crecimiento; resistencia y elasticidad del cartílogo Agregado de proteoglucano Matriz extracelular Glucoconjugados:glucoproteínas • Uno o varios oligosacáridos unidos a una proteína -Glucocálix -Mucinas -Sangre (inmunoglobulinas; hormonas:LH, FSH) Glucoconjugados: glucolípidos • Oligosacárido unidos al lípido de la membrana celular -Reconocimiento celular -Neuronas (formando mielina; conducción) nerviosa) Principales conceptos • Estructura química y clasificación • Importancia biológica y funciones • Propiedades Bibliografía • Carbohydrates: The Sweet Molecules of Life. RV Stick. 1er edición, Academic Press, 2001. • Essentials of Carbohydrate Chemistry. JF Robyt. 1er edición, Springer, 1998. • Lehninger: Principios de Bioquímica. DL Nelson y MM Cox. 5ta edición, Omega, 2010. • Bioquímica: texto y atlas. J Koolman y K Rohm. 3ra edición, Panamericana, 2004.
