Ficha Teórico Hidratos de carbono Química III – Química Biológica 2015

Hidratos de carbono También llamados glúcidos, carbohidratos, azúcares o sacáridos, son biomoléculas formadas por carbono, oxígeno e hidrógeno. Cn(H2O)n

Principales funciones de los hidratos de carbono a)Tienen un papel central en el ciclo energético de la biosfera. Permiten el almacenamiento de combustible: almidón (en vegetales) y glucógeno (en animales) b)Función estructural: celulosa: paredes celulares de plantas quitina: hongos, exoesqueletos de artrópodos peptidoglucano: capa rígida de la envoltura bacteriana glucosaminoglucanos: compuestos de la matriz extracelular c) Comunicación celular desempeñada por azúcares unidos a proteínas o lípidos

Monosacáridos Son los azúcares más simples y constituyen las unidades monoméricas de todos los hidratos de carbono. Se sintetizan a partir de precursores que provienen del CO2 y del H2O a través de la fotosíntesis. Son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas y se clasifican de acuerdo a este grupo funcional y de acuerdo al número de C que posean.

Isómeros ópticos o estereoisómeros El gliceraldehido presenta un C asimétrico en posición 2. A este C se unen cuatro sustituyentes diferentes y se lo denomina centro quiral. Debido a esto tiene dos posibles isómeros ópticos del tipo enantiómeros. Estas dos moléculas sólo difieren en la forma como interaccionan con la luz polarizada. Desde el punto de vista biológico, sólo uno de los isómeros será reconocido específicamente por una enzima.

Principales monosacáridos

¿Cuántos isómeros ópticos tiene la D-glucosa? 4 C asimétricos 2 posibles disposiciones en el espacio para cada C asimétrico 2n = 24 = 16 isómeros ópticos o estereoisómeros De los cuales 2 son enantiómeros (L y D) y los restantes se llaman diasteroisómeros. Los que difieren en la disposición de un solo C se llama epímeros.

Formación de hemiacetales y hemicetales

Los monosacáridos en solución acuosa adoptan una configuración en forma de ciclo con un nuevo carbono asimétrico que se llama carbono anomérico por formación de un hemiacetal o un hemicetal. Se forman dos nuevos isómeros alrededor del nuevo C asimétrico que se llaman anómeros.

Los dos anómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes Los dos anómeros tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Difieren por ejemplo en su capacidad de desviar el plano de la luz polarizada. Se interconvierten, lo cual se denomina mutarrotación. Una mezcla de solución acuosa de glucosa llega al equilibrio con predominio de la forma Beta.

Las formas cíclicas de los monosacáridos se conocen como piranosas o furanosas según se asemejen al pirano o al furano.

Formación de un disacárido reductor (enlace glucosídico)

Principales disacáridos

Oligosacáridos Consisten en un grupo heterogéneo de moléculas formadas por diferentes monosacáridos (N-acetil glucosamina, N-acetilneuramínico, azúcares ácidos, etc), unidos por diferentes tipos de enlaces. Se asocian a proteínas o lípidos brindando información específica a las células que los portan.

Polisacáridos: formados por múltiples unidades de azúcares (monómeros) enlazados por uniones covalentes.

Los polisacáridos difieren: en la naturaleza de sus monómeros en la longitud de sus cadenas en los tipos de enlace entre los monómeros en su grado de ramificación Homopolisacáridos: almidón, glucógeno, dextranos, celulosa, quitina. Heteropolisacáridos: peptidoglicano, agar y agarosa, glucosaminoglucanos, sulfato de condroitina, sulfato de dermatán, sulfato de queratán, heparina.

Almidón Consiste en una mezcla de dos tipos de polímeros amilosa amilopectina monómero D-glucosa tipo de estructura lineal ramificada (con ramificaciones cada 24 a 30 residuos) tipo de enlace α-1,4 α-1,4 con ramificaciones en α-1,6 masa molecular en el orden de 1 millón en el orden de 100 millones

Glucógeno monómero D-glucosa tipo de estructura ramificada (con ramificaciones cada 8 a 12 residuos) tipo de enlace α-1,4 con ramificaciones en α-1,6 masa molecular en el orden de varios millones

Estructura tridimensional de almidón y glucógeno: espiral compacta estabilizada por puentes de H intracatenarios

Factores que contribuyen al plegamiento de los homopolisacáridos Interacciones débiles: puentes de hidrógeno fuerzas de van der Vaals La glucosa está en estructura de glucopiranosa (anillos rígidos) Hay cierta libertad de rotación en torno a los enlaces C-O que unen dos residuos, limitada por impedimentos estéricos.

Enzimas que degradan el almidón

Celulosa cada silla está rotada 180º respecto de la siguiente monómero D-glucosa tipo de estructura lineal (cadenas de entre 10.000 y 15.000 unidades) tipo de enlace -1,4 cada silla está rotada 180º respecto de la siguiente todos los OH forman enlaces de H intra e intercatenarios

Quitina monómero N-acetil-2, D-glucosamina tipo de estructura lineal tipo de enlace -1,4

Peptidoglucano monómero se alternan moléculas N-acetilglucosamina con moléculas de N-acetilmurámico tipo de enlace -1,4 tipo de estructura cadenas lineales dispuestas en forma paralela y entrecruzadas mediante péptidos cortos en los que se alternan aminoácidos D y L.

Peptidoglucano Las bacterias se clasifican de acuerdo a su forma de teñirse con la coloración de Gram. Estas diferencias tienen que ver con la disposición de las cadenas de polisacáridos y con la manera de unirse a través de los péptidos. Las enzimas celulares no reconocen los enlaces entre aminoácidos D y esto da una ventaja a las bacterias que no podrán ser atacadas. La penicilina y sus derivados inhiben la síntesis de peptidoglucano. Los componentes del peptidoglucano son responsables de la virulencia bacteriana.

Agar Dextranos mezcla de dos heteropolisacáridos sulfatados: agarosa y agaropectina; presente en las paredes de las algas rojas marinas. monómero D-galactosa y 3,6-anhidro-L-galactosa unidas por enlaces -1,4 tipo de enlace Los monómeros están unidos entre sí por enlaces -1,3 tipo de estructura agarosa: lineal agaropectina: ramificado Dextranos Producidos por las bacterias de la boca monómero D-glucosa tipo de estructura ramificada tipo de enlace α-1,6 con ramificaciones en α-1,3 (algunos tienen ramificaciones en α-1,2 y α-1,4

Glucosaminoglucanos Heteropolisacáridos de la matriz extracelular. Las características del tejido óseo, el cartilaginoso y el humor vítreo tienen que ver com la composición en glucosaminoglucanos. Los diferentes tipos son Acido hialurónico Sulfato de condroitina Sulfato de dermatán Sulfato de queratán

Glucosaminoglucanos Son polímeros lineales formados por unidades repetitivas de disacáridos que consisten en: N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina ácido urónico Características: algunos OH esterificados con sulfato gran densidad de carga negativa

Glucoconjugados Azúcares unidos a proteínas o lípidos de membrana que actúan en el reconocimiento y adhesión celular, migración celular, respuesta inmunitaria, etc. Los proteoglucanos son proteínas que se unen específicamente a los glucosaminoglucanos. Las glucoproteínas tienen una porción de azúcares menor que los proteoglucanos y tienen relación con el reconocimieto celular.

Estructura de un proteoglucano

Estructura del proteoglucano de una proteína integral de membrana

Unión de oligosacáridos a glucoproteínas