4. fundamentos de bioquímica ii (carbohidratos)

FUNDAMENTOS DE BIOTECNOLOGA SIA 3007815-1FUNDAMENTOS DE BIOQUMICA Parte II

CarbohidratosQumicamente se definen como poli-hidroxi-aldehidos o poli-hidroxi-cetonas. Son hidratos de carbono y por lo tanto contienen C, H y O. Algunas molculas con N y S se consideran tambin carbohidratos.

polihidroxialdehido y polihidroxicetona

El enlace glicosdico se da por la reaccin de dos grupos OH liberando agua.

CarbohidratosSus funciones biolgicas:Importantes en el metabolismo energtico Bloques de construccin de pared celular Estructura en RNA y DNA (Desoxi/Ribosa) Con protenas y lpidos participan en sistemas de proteccin de las clulas

Carbohidratos

Particularidades de los Carbohidratos60-90% del peso seco de las plantas 80% del aporte calrico a seres humanos Plantas producen carbohidratos a partir de CO2 Son fuente de carbono y energa para microorganismoshttp://www.cartoonstock.com/lowres/vsh0236l.jpg

Algunos carbohidratos importantesRibosa y Desoxiribosa, participan en los cidos nucleicos como estructura Son azucares de 5 carbonos (pentosas) Se conocen como Monosacridos (una sola molcula de azcar)

Carbohidratos

Carbohidratos

Algunos carbohidratos importantesGlucosa y fructosa, participan en estructura y como fuente de energa Son azucares de 6 carbonos (hexosas) Son tambin Monosacridos (una sola molcula de azcar)

Carbohidratos

MonosacridosUna sola unidad de polihidroxialdehdo o polihidroxicetona Segn el nmero de carbonos pueden ser: Triosas, Tetrosas, Pentosas, Hexosas, Heptosas, Segn grupo funcional pueden ser: Aldosa Aldehido Cetosa Cetona Usualmente se encuentran en la naturaleza como polisacridos

Carbohidratos

PolisacridosLos azucares simples pueden unirse con otras unidades de azcar para producir cadenas de dos o ms unidades. Se unen mediante enlaces Glicosdicos

Formacin de enlaces glucosdicos (video)

Carbohidratos

PolisacridosDependiendo del nmero de unidades de azcar que se unan se obtienen:

Disacridos : Trisacridos: Oligosacridos: Polisacridos:

2 unidades 3 unidades n unidades n10

Academic.brooklyn.cuny.edu//page/starch.html

CarbohidratosPolisacridos: Almidn Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces a-1,4 Reservas de carbono y energa en bacterias y plantas

Almidn (Amilopectina)Almidn (Amilosa)Academic.brooklyn.cuny.edu//page/starch.html

CarbohidratosPolisacridos: Glucgeno

Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces a-1,4 y a-1,6 Reservas de carbono y energa en animales

CarbohidratosPolisacridos: celulosa Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces b-1,4 Material rgido que le da estructura a plantas

http://www.msm.cam.ac.uk/doitpoms/tlplib/wood/figures/cellulose.png

CarbohidratosPolisacridos

Homopolisacrido: misma unidad de azcar Heteropolisacrido: diferentes unidades de azcar (cido hialurnico) Son compuestos amorfos, insolubles, inspidos y de alto peso molecularhttp://www.germes-online.com/direct/dbimage/50282938/Potato_Starch.jpg

Carbohidratos

Estructura cclica de carbohidratos http://www.stolaf.edu/people/giannini/flas hanimat/carbohydrates/glucose.swf

CarbohidratosAlgunas reacciones

Formacin de disacridosSi a un hemiacetal se le adiciona otro alcohol y ese alcohol es un monosacrido, entonces se forma un disacrido unido por un enlace glicosdico

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosaccharides.htm

CarbohidratosAzucares reductores Azucares que forman un aldehdo en su carbono 1 o tienen un grupo ahidroximetilcetona que se puede hidrolizar en medio bsico (fructosa) se denominan Azucares reductores


CarbohidratosAzucares reductores Azucares que forman un aldehdo en su carbono 1 o tienen un grupo ahidroximetilcetona que se puede hidrolizar en medio bsico (fructosa) se denominan Azucares reductores


CarbohidratosEstructura y propiedades de algunos monosacridos y sus derivados Gliceraldehdo y Dihidroxiacetona

Se encuentran en clulas vegetales y animales, participan en metabolismo de carbohidratos


CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunosCHO H C OH H C OH H C OH CH2OH D(-)-ribosa CHO HCH H C OH H C OH CH2OH D(-)-2-desoxirribosa

Ribosa y deoxiribosa Se encuentran en los cidos nucleicos en forma furanosa La D-ribosa tambin es un intermediario en la ruta metablica de los carbohidratos y un compuesto de algunas coenzimas (ATP, NAD,NADP).

CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunos

Xilulosa y Ribulosa Participan en la sntesis de carbohidratos en la fotosntesis Los steres de fosfatos son las formas metablicamente activas

CH2OH C=O HO C H H C OH CH2OH D-xilulosa

CH2OH C=O H C OH H C OH CH2OH D-ribulosa

CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunos

Estos azucares son los ms abundantes y participan activamente en el metabolismo celular La fructosa es la nica cetohexosa presente en la naturaleza Junto con estos son tambin importantes: Ramnosa y fucosa

CarbohidratosEstructura y propiedades de algunos monosacridos y sus derivados D-glucosamina y D-galatosamina

Son aminoazucares y se encuentran en tejidos como polisacrido estructuralComponente de glucolpidos y glucoprotenas

CHO H C NH2 HO C H H C OH H C OH CH2OH D-glucosamina

CHO H C NH2 HO C H HO C H H C OH CH2OH D-galactosamina

CarbohidratosMaltosa, celobiosa, isomaltosa, trealosa Usualmente se obtienen de la hidrlisis de polisacridos. La hidrlisis cida o enzimtica rinden 2 molculas de glucosa La diferencia radica bsicamente en el tipo de enlace que presentan

CarbohidratosLactosa Se encuentra naturalmente en la leche. Su hidrlisis produce 1 molcula de D-glucosa y una de D-galactosa. Presenta un enlace b1,4 Es un azcar reductor

CarbohidratosSacarosa Es el azcar comn, muy abundante. Su hidrlisis cida o enzimtica produce 1 mol de D-glucosa y 1 mol de Dfructosa Presenta un enlace a1,2 que lo hace un azcar no reductor

CarbohidratosOtros polisacridos importantes A parte del almidn, el glucgeno y la celulosa se encuentran en la naturaleza: Hemicelulosa: Formado por pentosas (D-xilosa) y (arabinosa) con enlaces b1,4 Pectina: Formado por A. D-galacturnico, arabinosa y galactosa

CarbohidratosOtros polisacridos importantes A.hialurnico: Formado por cido D-glucurnico y N-acetil-glucosamina

Cubierta viscosa y delgada en las clulas Enlaces b1,3 y b1,4 Presente en clulas animales y bacterias

CarbohidratosOtros polisacridos importantes Quitina: Formado por N-acetil-D-glucosamina

Homopolmero lineal que Presenta enlaces b1,4Presente en caparazn de Crustaceos, epidermis de Insectos. Tambin en levaduras, algas y hongos

CarbohidratosOtros polisacridos importantes Peptidoglicano: Formado por N-acetil-D-glucosamina y A. N-acetil-murmico Heteropolmero lineal que presenta enlaces b1,4 Hacen parte de la pared bacteriana, resistentes al ataque de enzimas, excepto lisozimas

CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Enolizacin: Bases diluidas inducen reordenaciones sobre el carbono anomrico

CarbohidratosAlgunas propiedades monosacridos de los

Deshidratacin: Usualmente los monosacridos son estables en un medio de cido mineral diluido, aun cuando se eleva su temperatura. Cuando las con cidos deshidratan hidroximetil furfural aldohexosas se calientan de minerales fuertes, se y se transforman en furfural, las pentosas en

CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Oxidacin-Reduccin: Algunos azcares actan como reductores debido a que en su molcula estn presentes radicales aldehdicos o cetnicos, ya sean libres o

potencialmente libres como en las formas hemiacetlicas cclicas

Tienen capacidad para reducir iones metlicos (Cu++ y Ag+) en solucin alcalina. La oxidacin de carbohidratos tambin puede ser enzimtica

CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Oxidacin-Reduccin: El azcar se oxida al cido mientras que los metales o el NADP+ se reducen

CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Reduccin de monosacridos: Las funciones aldehdicas o cetnicas de los monosacridos se pueden reducir qumicamente (con H2 o NaBH4) o con enzimas, dando lugar a los alcoholes de azcar correspondientes. D-glucosa, D-manosa, D-xilosa y el D-gliceraldehdo se reducen a Dsorbitol, D-manitol, D-xilitol y glicerina, respectivamente

Carbohidratos Algunas propiedades de los monosacridosReduccin de monosacridos:CH2OH H C OH HO C H H C OH H C OH CH2OH D-sorbitol CH2OH HO C H HO C H H C OH H C OH CH2OH D-manitol CH2OH H C OH HO C H H C OH CH2OH CH2OH H C OH CH2OH

D-xilitol

Glicerina

CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de cadena Diferente posicin de los tomos de carbono

Isomerismo

Carbohidratosla

La presencia de ismeros en naturaleza son de gran importancia.

Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de posicin Diferente posicin de grupo sustituyente

n-propanol

iso-propanol

CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de grupo funcional Poseen diferentes grupos funcionaleshttp://www.germes-online.com/direct/dbimage/50282938/Potato_Starch.jpg

n-propanal

propanona

CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Estereoismeros Misma frmula molecular, misma estructura, diferente configuracin Ismeros geomtricosMisma frmula molecular, dos ismeros (cis trans) cis-2-buteno

trans-2-buteno

Isomerismo

Carbohidratos

La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Estereoismeros Misma frmula molecular, misma estructura, diferente configuracin Ismeros pticos Poseen tomos de C asimtricos (actividad ptica) Muy comunes en carbohidratos

Ismeros de la alaninahttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/D%2BL-Alanine.gif

CarbohidratosIsmeros pticosHacen girar el plano de la luz polarizada - En sentido de las manecillas del reloj (+) - En sentido contrario (-) Se presenta quiralidad, imgenes especulares Las molculas no se pueden superponer entre s (enantimeros)

Debe existir un tomo de carbono asimtrico (quiral) que tiene cuatro grupos distintos unidos a l

CarbohidratosIsmeros pticosCuando se tiene una mezcla con igual concentracin del enantimero (-) y del enantimero (+) se conoce como Mezcla Racmica o Racemato y no (+)-lactic acid es pticamente activa Ejemplo: cido Lctico Enantimero (+) se encuentra en el msculo La mezcla racmica en la leche cida(+)-lactic acid

()

D-glyceraldehyde()-lactic acid

L-gly

The dashed l

into the scree

bonds coming

D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde http://www.creative-chemistry.org.uk/molecules/optical.htm# Remember

molecules; th

not tell you if

(+)-lactic acid

()-

CarbohidratosIsmeros pticos(+)-lactic acid ()-lactic acid D-glyceraldehyde The dashed

L-glyc

!!Pilas La nomenclatura puede llevar a confusin (+) Dextrgiro,D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde hacen girar la luz en sentido de manecillas del reloj (-) Levgiro, hacen girar la luz en sentido contrario de las manecillas (L) Y (D), Analoga con la molcula de Gliceraldehdo (referencia) D o L depende del grupo OH en la molcula

into the scre

bonds comin

Remember not tell you (+) or ().

molecules; t

CarbohidratosIsmeros pticos Ejercicio(+)-lactic acid ()-lactic acid

The

into

bon

Con base en la molcula de Gliceraldehdo, nombre los enantimeros del cido lctico usando la nomenclatura D, L

D-glyceraldehyde

L-glyceraldehyde

Rem not

mol

(+)

CarbohidratosNombres importantes con los que se distingue a los ismeros

Enantimeros: imgenes especulareshttp://www.youtube.com/watch?v=3WZZXP OsPNI&feature=related

Diaestereoismeros: No son imgenes especulareshttp://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosacc harides.htm

Carbohidratos

Anmeros: Difieren en config. sobre el C anomrico o hemiacetal

Epmeros : difieren slo en la configuracin alrededor de un slo tomo de carbono asimtrico


CarbohidratosPropiedad ptica de los ismeros Mutarrotacin: Cambio gradual de la rotacin ptica hasta alcanzar equilibrio

_________________________________________________________________________ Rotacin especfica (0) _____________________________________________ Azcar a b Mezcla en equilibrio _________________________________________________________________________ D-glucosa +112,2 +18,7 +52,7 D-fructosa -21 -133 -92 D-galactosa +151 -53 +84 D-manosa +30 -17 +14 D-lactosa +90 +35 +55 D-maltosa +168 +112 +136 _________________________________________________________________________

4. fundamentos de bioquímica ii (carbohidratos)

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