Glúcidos

Concepto. Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono (C),hidrógeno (H) y oxígeno (O). Los átomos de carbono están unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo y a radicales hidrógeno (-H). En todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace (C=O). El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO), o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas

El nombre de glúcido deriva de la palabra "glucosa" que proviene del vocablo griego glykys que significa dulce, aunque solamente lo son algunos monosacáridos y disacáridos. Su fórmula general suele ser (CH 2 O) n

CLASIFICACIÓN GLÚCIDOS Monosacáridos u OSAS Aldosas y Cetosas ÓSIDOS Los más simples No hidrolizables Tienen entre 3- 9 átomos de C Monómeros a partir de los cuales se originan los demás glúcidos Unión de monosacáridos por enlace O-glucosídico Sufren hidrolisisis por enzimas hidrolíticos (dan monosacáridos)

CLASIFICACIÓN GLÚCIDOS Monosacáridos u OSAS Aldosas y Cetosas ÓSIDOS Triosas Tetrosas Pentosas Hexosas Heptosas Holósidos Heterósidos Oligosacáridos Polisacáridos Disacáridos Trisacáridos Homopolisacáridos Heteropolisacáridos Glucoproteidos Glucolípidos Glúcidos de los ácidos nucleicos

Monosacáridos Los monosacáridos están constituidos sólo por una cadena carbonada. Químicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas + varios +

Se nombran añadiendo la terminación –osa al número de carbonos. Así para 3C: triosas, 4C:tetrosas, 5C:pentosas, 6C: hexosas, etc. Según el grupo funcional son aldosas o cetosas. No son hidrolizables y a partir de 7C son inestables. MONOSACÁRIDOS Propiedades Físicas Son sólidos cristalinos Blancos Hidrosolubles Con sabor dulce (azúcares) Químicas Son capaces de oxidarse Pueden asociarse con grupos amino (-NH 2 ) formando derivados de azúcares (glucosamina)

Composición química de los monosacáridos QUÍMICAMENTE SONPOLIHIDROXICETONASPOLIHIDROXIALDEHÍDOS SEGÚN EL GRUPO FUNCIONAL CETOSAS (cetona)ALDOSAS (aldehído) TIENEN CARÁCTER REDUCTOR SE NOMBRAN ALDO + NÚMERO DE CARBONOS + OSACETO + NÚMERO DE CARBONOS + OSA EJEMPLOCETOTRIOSAALDOTRIOSA

ESPACIAL O ESTEREOISOMERÍA (Basada en C asimétrico) ENANTIÓMEROS (D y L) DE POSICIÓN. ÓPTICA (dextrógiro (+) y levógiro(-)) DE FUNCIÓN: grupos funcionales distintos (aldehídos y cetonas) ESTRUCTURAL EPÍMEROS (DIASTEREOISÓMEROS) La isomería es una propiedad de ciertos compuestos, que con igual fórmula química presentan propiedades físicas o químicas diferentes. Dichos compuestos reciben la denominación de isómeros. ISOMERÍA

Isomería espacial Imagen especular (no superponible) Imagen especular (no superponible) Epímeros Son diasteroisómeros que difieren en un sólo carbono asimétrico No son imagen especular. Pueden diferir en la configuración de más de un carbono asimétrico. No son imagen especular. Pueden diferir en la configuración de más de un carbono asimétrico. Un tipo especial de diasteroisómeros Enantiómeros Diasteroisómeros

L-gliceraldehído Dihidroxiacetona C3H6O3C3H6O3 Gliceraldehído D-gliceraldehído ISOMERÍA DE FUNCIÓN: grupos funcionales distintos (aldehídos y cetonas) ENANTIÓMEROS (D y L)

Gliceraldehído tiene Un CARBONO ASIMÉTRICO Está unido a cuatro átomos o grupos diferentes Lo que hace que se puedan distinguir ISÓMEROS ESPACIALES Isomería espacial

Todas las osas tienen al menos un C unido a cuatro radicales distintos. Aparecen así los esteroisómeros, presentando los monosacáridos esteroisomería. Una molécula con n centros quirales puede tener 2 n estereisómeros Si dos monosacáridos se diferencian solo en el -OH de un carbono se denominan epímeros. Si son imágenes especulares entre sí se denominan enantiomeros

Los glúcidos ¿Cuántos carbonos asimétricos ves en cada uno?

Enantiómeros (imagen especular): Todos los C con configuración opuesta Enantiómeros Se distingue D y L D: último –OH más alejado del grupo carbonilo a la derecha. L: último –OH más alejado del grupo carbonilo a la izquierda D-eritrosaL-eritrosa

Epímeros: difieren en la configuración de solo un carbono asimétrico, tienen diferente nombre: D-Manosa es epímero de la D-Glucosa en el C 2 (primer carbono asimétrico) D-Galactosa es epímero de la D-Glucosa en el C 4 (tercer carbono asimétrico) Epímeros

a) Enantiómeros: varían todos los OH (imágenes especulares). b) Epímeros: varía algún OH (si es el más alejado del carbonilo, formas D o L). D-eritrosa L-eritrosaD-treosaL-treosa

2. Monosacáridos Principales monosacáridos de la serie D Fórmulas lineales de los principales monosacáridos de la serie D. Los carbonos asimétricos se muestran en color rojo y en color negro los que no lo son.

Actividad óptica de los monosacáridos Capacidad para desviar el plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa una disolución. Luz no polarizada Luz polarizada Disolución de monosacárido dextrógiro El plano de polarización gira en sentido de las agujas del reloj Si la rotación se produce en el sentido de las agujas del reloj los monosacáridos son dextrógiros o (+). Si la rotación es contraria a las agujas del reloj, son levógiros o ( - ). Esta cualidad es independiente de su carácter D o L

Proyecciones de Fischer Proyecciones de Harworth

Formas cíclicas Los monosacáridos de más de 4 átomos de C en disolución forman hemiacetales (las aldosas), o hemicetales (las cetosas) lo que hace que la molécula pase de lineal a cíclica.

D -glucosa Se produce un enlace hemiacetal entre el grupo aldehído y un grupo alcohol Fórmula lineal o Proyección de Fischer Fórmula cíclica hexagonal o PIRANO  -D-GLUCOPIRANOSA Carbono carbonílico Carbono anomérico Los anillos hexagonales se denominan piranósidos por su semejanza con el pirano.

D -fructosa Se produce un enlace hemicetal entre el grupo cetona y un grupo alcohol Fórmula lineal o Proyección de Fischer Fórmula cíclica pentagonal o FURANO  -D-FRUCTOFURANOSA Carbono anomérico Carbono carbonílico Los anillos pentagonales se denominan furanósidos por su semejanza con el furano.

DOS FORMAS DE GLUCOSA α-D-Glucosa β-D-Glucosa NUEVA ISOMERÍA : LOS ANÓMEROS CARBONO ANOMÉRICO Al formarse las moléculas cíclicas el carbono carbonílico se convierte en asimétrico. Dando lugar a dos nuevos isómeros llamados anómeros

La forma α tiene el –OH hacia abajo La forma β tiene el –OH hacia arriba NOMENCLATURA: tipo anómero + tipo enantiómero + nombre molécula + tipo anillo α / β D / L Gluco Fructo … Furanosa / Piranosa

D-RIBOSAD-2-DESOXIRRIBOSA  – D - FRUCTOFURANOSA Las aldopentosas y las cetohexosas forman anillos pentagonales llamados furanosa GALACTOSA  - D -GLUCOPIRANOSA Las aldohexosas forman anillos hexagonales llamados piranosa

OH HH H CH2OH OH

Debido a la presencia de enlaces covalentes sencillos las moléculas no pueden ser planas. Conformación en silla de la  -D - glucosa Conformación en bote de la  -D - glucosa Los carbonos C 2, C 3, C 5 y el oxígeno están en el mismo plano

Conformación de silla Conformación de nave

ALDOSA BETA PIRANOSA SILLA  -D-GLUCOSA

IMPORTANCIA BIOLÓGICA 1. Triosas [ C 3 H 6 O 3 ]: intermediarios metabolismo. Gliceraldehído Dihidroxiacetona2. Pentosas [ C 5 H 10 O 5 ] Ribosa: forma parte del ATP y del ARN Ribulosa: se une al CO 2 en la fotosíntesis

IMPORTANCIA BIOLÓGICA (2) 3. Hexosas [ C 6 H 12 O 6 ]: las más importantes y abundantes. Glucosa: principal combustible metabólico Fructosa: también combustible metabólico. Galactosa: forma parte de la sacarosa

Reacciones de los monosacáridos N-glucosilación nucleósido OTRAS REACCIONES Oxidación (ácidos –urónicos) Reducción (alditoles) Acetilación Esterificación con fosfato Sulfatación Desoxidación (d-ribosa)

DERIVADOS DE MONOSACÁRIDOS 1. Fosfatos de azúcares (intermediarios metabólicos): Glucosa-6-fosfato Fructosa-6-fosfato Gliceraldehído-3-fosfato 2. Desoxiazúcares: 3. Aminoazúcares Desoxirribosa (ADN) N-acetil-glucosamina (forma la quitina):

OLIGOSACÁRIDOS Cadenas de 2 a 10 monosacáridos unidos por enlace o-glucosídico. Se forman por la unión de monosacáridos mediante enlace glucosídico, en cuya formación se libera una molécula de agua Glucosa

EL ENLACE GLUCOSÍDICO puede ser monocarbonílico o dicarbonílico MALTOSA Monocarbonílico Entre un –OH del carbono carbonílico (anomérico) y otro –OH cualquiera SACAROSA Dicarbonílico Entre dos –OH de carbonos carbonílicos (anoméricos) β-D-fructofuranosa

NOMENCLATURA DE DISACÁRIDOS Si un –OH hemiacetálico y otro NO, entonces:   -D-Nmonos.-piranos(furanos)IL(1->?)  -D-Nmonos.piran(furan)-OSA

Si los dos –OH son hemiacetálicos, entonces:  -D-Nmonosac-piranosIL (1->?)  -D Nmonos.piran(furan)-OSIDO  -D-GLUCOPIRANOSIL (1->2)  -D-FRUCTOFURANÓSIDO SACAROSA

DISACÁRIDOS DE MAYOR INTERÉS BIOLÓGICO MALTOSA  -D-glucopiranosil (1  4)  -D- glucopiranosa SACAROSA  -D-glucopiranosil (1  2)  -D- fructofuranosido Azúcar de consumo habitual Se extrae de la caña de azúcar y remolacha Sin carácter reductor (α-D-glucosa) + (β-D-fructosa) Enlace: dicarbonílico α (1  2) Azúcar de malta Se obtiene por hidrólisis del almidón o glucógeno Con carácter reductor Fácilmente hidrolizable (α-D-glucosa) + (α-D-glucosa) Enlace: monocarbonílico α (1  4)

DISACÁRIDOS DE MAYOR INTERÉS BIOLÓGICO CELOBIOSA  -D-glucopiranosil (1  4)  -D- glucopiranosa LACTOSA  -D-galactopiranosil (1  4)  -D- glucopiranosa Azúcar de la leche de mamíferos Con carácter reductor (β-D-galactosa) + (β-D-glucosa) Enlace: monocarbonílico β (1  4) No está en estado libre en la naturaleza Resulta de la hidrólisis de la celulosa (β-D-glucosa) + (β-D-glucosa) Enlace: monocarbonílico β (1  4)

LOS OLIGOSACÁRIDOS FUNCIÓN: Son las moléculas responsables del reconocimiento entre células y señales o antígenos. Están presentes en las envueltas celulares, ligados a lípidos y proteínas

LOS POLISACÁRIDOS Unión de muchos monosacáridos mediante enlace o-glucosídico. Peso molecular muy elevado. No son dulces, ni tienen poder reductor. Son insolubles o forman dispersiones coloidales Su función depende del tipo de enlace: - Enlace α Débil Función de Reserva (almidón o glucógeno). - Enlace β Resistente Función Estructural (celulosa).

Polisacáridos Polímeros de monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos. son HOMOPOLISACÁRIDOS HETEROPOLISACÁRIDOS ESTRUCTURAL DE RESERVA según su composiciónsegún su función  CELULOSA   QUITINA   PECTINAS   HEMICELULOSAS   AGAR - AGAR   GOMAS   MUCÍLAGOS   PEPTIDOGLUCANOS   GLUCOSAMINOGLUCANOS   ALMIDÓN   GLUCÓGENO   DEXTRANOS  Proporcionan soporte y protección. Formados por monosacáridos diferentes. Formados por el mismo tipo de monosacárido. Proporcionan energía.

HomopolisacáridosHeteropolisacáridos Mediante enlace α Mediante enlace β Presentan enlace α AlmidónCelulosa Pectina Agar agar Goma arábiga GlucógenoQuitina

HOMOPOLISACÁRIDOS AMILOPECTINA AMILOSA GLUCÓGENO CELULOSA ALMIDÓN

* Homopolisacárido por repetición de glucosas, con función de reserva energética en vegetales. * Se acumula en forma de gránulos en el interior de plastos. Gran reserva energética de poco volumen. * Formado por miles de glucosas (energía sin necesidad de luz) * Formado por dos tipos de polímeros: - Amilosa: largas cadenas de α-D-glucosas unidas por enlaces α (1-4) no ramificadas con arrollamiento helicoidal.

- Amilopectina: muy ramificada, esqueleto de α-D-glucosas unidas por enlaces α (1-4) y ramificaciones cada 15 o 30 monómeros α(1-6) Hidrólisis glucosa, maltosa y trozos ramificados. Glucosas Amilasa Maltasa Enzimas desramificadoras

GLUCÓGENO * Homopolisacárido, repetición de glucosas, con función de reserva energética en animales. * Se acumula hidratado en forma de gránulos en el hígado y músculo esquelético. * Al utilizarlo se libera gran cantidad de agua * Estructura similar a la amilopectina [cadenas α(1-4) ramificaciones α(1-6)] más ramificadas (cada 8-12 glucosas) Glucosa más rápido ya que las enzimas hidrolizan desde los extremos.

CELULOSA * Homopolisacárido de glucosas, con función estructural en vegetales. * Polímero lineal de β-D-glucosas: - Enlaces de H intracatenarios - Enlaces β(1-4) - Enlaces de H intercatenarios - 60 o 70 cadenas de celulosa forman micelas - 20 o 30 micelas forman microfibrillas - Varias microfibrillas se unen formando fibras en dirección alternante Estructura insoluble y de gran resistencia Pared Celular Solo la hidrolizan enzimas bacterianas

La peculiaridad del enlace β hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas; por ello, este polisacárido no tiene interés alimentario para el hombre. Muchos microorganismos y ciertos invertebrados como el pececillo de plata o el molusco taladrador de la madera son capaces de segregar celulasas. Los insectos xilófagos, como las termitas, y los herbívoros rumiantes aprovechan la celulosa gracias a los microorganismos simbióticos del tracto digestivo, que producen celulasas. Los rumiantes, como la oveja, tienen un voluminoso estómago que les sirve como tanque de fermentación; por ello en sus heces no hay restos celulósicos. En los herbívoros no rumiantes, como el caballo, sí hay.

DEXTRANOS Polisacárido de reserva de bacterias y levaduras Homopolímero de D-glucopiranosas Las bacterias bucales producen dextranos que se adhieren a los dientes formando placa dental. Los dextranos tienen usos comerciales en la producción de dulces, lacas, aditivos comestibles, y voluminizadores del plasma sanguíneo.

QUITINA Forma el exoesqueleto de los artrópodos y la pared celular de los hongos Es un polímero de N-acetil-D-glucosamina unido por enlaces β (1  4) Estructura similar a la celulosa y, como ella, forma capas alternas (confiere a los organismos gran capacidad de resistencia y dureza). En crustáceos lleva asociado carbonato cálcico (proporciona más dureza) Quitobiosa

HETEROPOLISACÁRIDOS Por hidrólisis dan lugar a varios tipos distintos de monosacáridos. Se clasifican según su origen: Origen Bacteriano: Peptidoglucanos o mureina: polímero de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico β(1-4). Forma la pared bacteriana. Origen Animal: Glucosaminoglucanos o mucopolisacáridos: polímeros de N-acetilglucosamina o N- acetilgalactosamina y ácido glucorónico. Forman la matriz extracelular de tejidos conectivos.

Glucosaminglucanos estructurales. Los más importantes son el ácido hialurónico y los sulfatos de condroitina. Son heteropolisacáridos que presentan alternancia de enlaces β(l  4) y enlaces β(l  3). Forman la matriz extracelular, muy abundante en los tejidos conjuntivos, cartilaginosos y óseos. El ácido hialurónico, además, abunda en el líquido sinovial y en el humor vítreo.

Glucosaminglucanos de secreción. El más conocido es la heparina. Se encuentra en la sustancia intercelular, principalmente en el hígado y en el pulmón. Impide el paso de protrombina a trombina y con ello la coagulación de la sangre. Está también presente en la saliva de animales hematófagos (sanguijuelas, mosquitos, vampiros, etc.). En medicina se utiliza para evitar las trombosis.

HETEROPOLISACÁRIDOS (2) Origen Vegetal: - Pectinas: polímeros de ácido galacturónico α(1-4) entre los que se intercalan galactosa, arabinosa... Forman una matriz en la que se dispone la celulosa de la pared vegetal. - Hemicelulosa: cadenas lineales de un solo monosacárido β(1-4) de la que salen ramificaciones de distintos monosacáridos (glucosa, fructosa...). Recubre la superficie de las fibras de celulosa, permitiendo su anclaje a la matriz de pectinas. - Agar-agar: polímero de D y L-galactosa de las algas rojas. - Gomas: polímero de arabinosa, galactosa y ácido glucorónico con función defensiva en plantas.

 AGAR-AGAR: se extrae de algas rojas (Rodofíceas) espesante de líquidos en la industria alimentaria medios de cultivo de microorganismos  GOMAS: función defensiva en plantas goma arábiga tiene interés industrial  MUCÍLAGOS: saciantes en dietas hipocalóricas

protrombina inmunoglobulinas formados por GLÚCIDO AGLUCÓN LÍPIDO BAJA ALTA en proporción CARDIOTÓNICOS CIANOGENÉTICOS GLICIRRINA ANTRACÉNICOS TANÓSIDOS PRINCIPIOS ACTIVOS EN PLANTAS MEDICINALES actúan como PEPTIDOGLUCANOSPROTEOGLUCANOS CEREBRÓSIDOSGANGLIÓSIDOS SÉRICAS HORMONAS GONADOTRÓPICAS DE MEMBRANA OTRAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS OLIGOSACÁRIDOS unido a MONOSACÁRIDOS PROTEÍNA LH y FSH GLUCOPROTEÍNAS PROTEÍNA puede seren forma de PÉPTIDO HETERÓSIDOS Combinación del OH del C anomérico de un monosacárido o de un oligosacárido con una molécula no glucídica denominada aglucón.

FUNCIONES DE CARBOHIDRATOS C 6 H 12 O 6 + 6O 2  6CO 2 + 6H 2 O + energía Función energética  fuente de energía inmediata para la célula Función estructural  por algunos polisacáridos entre los que destacan: electrones  Celulosa  Quitina  principal componente de exoesqueleto de artrópodos

Otras funciones específicas de determinados glúcidos son:  antibiótico (estreptomicina)  vitamina (vitamina C)  anticoagulante (heparina)  hormonal (hormonas gonadotropas)  enzimática (junto con proteínas forman las ribonucleasas)  inmunológica (las glucoproteínas de la membrana constituyen antígenos y, por otro lado, las inmunoglobulinas o anticuerpos están formadas en parte por glúcidos)  protectora (goma arábiga)  marcadores de membrana, ya que algunos glúcidos (oligosacáridos unidos a lípidos y proteínas de membrana) sirven de seña de identidad celular, actuando de marcadores de membrana, receptores de señales, etc.