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La base de la química orgánica es la cadena hidrocarbonada o los hidrocarburos:
…CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
La idoneidad del carbono como base del esqueleto de las biomoléculas se debe a
que permite construir cadenas largas y anillos cíclicos.
• Su reducido tamaño y los cuatro electrones que posee en su capa más
externa permiten establecer cuatro enlaces covalentes (fuertes y estables)
formando una estructura tetraédrica.
• Los enlaces C – C son resistentes y energéticos pero suficientemente débiles
como para romperse mediante reacciones bioquímicas.
• La presencia de CO2 en la Tierra ofrece la materia prima necesaria para crear
las distintas biomoléculas. Además es soluble en agua y circula entre atmósfera,
hidrosfera y litosfera.
• El carbono puede unirse por medio de enlaces simples, dobles o triples
originando estructuras complejas:
o Largas cadenas
o Anillos
o Estructuras ramificadas
¿Por qué no el silicio?
El silicio es más abundante en la corteza terrestre y se sitúa justo por
debajo del carbono en la tabla periódica (también posee 4 electrones en
su capa externa).
A diferencia del carbono, forma enlaces más largos que se rompen con
mayor facilidad, por tanto, las grandes moléculas de silicio son más
inestables que las de carbono.
Además, el silicio no puede formar dobles o triples enlaces y al
combinarse con oxígeno forma cuarzo, químicamente inerte e insoluble en
agua.
2 Los glúcidos
Concepto.
Los glúcidos son principio inmediatos orgánicos formados
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
GLÚCIDOS
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Clasificación de los glúcidosG
LÚ
CID
OS
Osas Monosacáridos
Osidos
Holósidos
Oligosacaridos (Disacáridos)
PolisacáridosHomopolisacaridos
Heteropolisacaridos
Heterósidos Glúcidos + otro componente distinto
MONOSACÁRIDOS
• (C H2 O)n
• Esqueleto carbonado con grupos alcohol o hidroxilo en todos los carbonos,
excepto en uno que es el grupo funcional que puede ser un grupo aldehido
(aldosas) o cetónico (cetosas).
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Estructura química de los monosacáridos
aldotreosa
aldotetrosa
aldopentosa
aldohexosa
*
*
*
cetotreosa
cetotetrosa
cetopentosa
cetohexosa
*
*
PROPIEDADES
ISOMERIA ÓPTICA; La presencia de carbonos asimétricos da a estas moléculas,
disueltas en agua, la propiedad de la actividad óptica: Cuando una disolución de
monosacáridos es travesada por la luz polarizada al tener carbonos asimétricos desvían
el plano de vibración de ésta.
• Si la desvía hacia la derecha se le denomina dextrógiro (+)
• Si lo desvía hacia la izquierda se le denomina levógiro (-)
ISOMERIA: es una propiedad de ciertos compuestos químicos que con
igual fórmula química, es decir, iguales proporciones relativas de los átomos
que conforman su molécula, presentan estructuras moleculares distintas.
2 . ISOMERIA ESTRUCTURAL: AQUELLOS COMPUESTOS CON LA MISMA FÓRMULA EMP ÍR IC A PERO DIFERENTE GRUPO FUNCIONAL .
23
C6H12 O6
GLUCOSA FRUCTOSA
3. ESTEREOISOMERIA. Característica de aquellas moléculas con carbonos
asimétricos
• EPÍMEROS
• ENANTIOMORFOS (O ENANTIÓMEROS)
• ANÓMEROS (en ciclación)
DIASTEROISÓMEROS:
misma composición pero
no son superponibles.
EPÍMEROS
Son dos monosacáridos que difieren únicamente en la posición de UN grupo
alcohol de un C asimétrico
ENANTIÓMEROS
Difieren en la posición de los grupos -OH de TODOS LOS C asimétricos. Imagen especular. Si el grupo –
OH del último carbono asimétrico queda hacia la derecha, decimos que es una forma D
Si el grupo _OH del último carbono asimétrico queda hacia la izquierda, decimos que es una forma L
D- glucosa L- glucosa
La mayoría de los
monosacáridos que
se encuentran en la
naturaleza son la
forma D
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Isomería espacial
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.
Un tipo especial de
diasteroisómeros
Enantiómeros Diasteroisómeros
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Cuantos más carbonos asimétricos tengala molécula, más tipos de isomería sepresentan. El número de isómeros será 2n
(siendo n el número de carbonosasimétricos que tenga la molécula)
C
C
C
C
C
OH
H O
H
H
H
H
H
OH
OH
OH
Ejemplo:
Pentosa
Carbonos asimétricos: 3
Número de isomeros posibles:
23 = 8
Ciclación
En disolución, los monosacáridos pequeños se encuentran en forma
lineal, mientras que las moléculas más grandes ( a partir de 5 C) ciclan su
estructura. La estructura lineal recibe el nombre de Proyección de
Fischer; la estructura ciclada de Proyección de Haworth. En la
representación de Haworth la cadena carbonada se cicla situada sobre un
plano. Los radicales de la cadena se encuentran por encima o por debajo
de ese plano.
ENLACE HEMIACETAL
NUEVO C ASIMETRICO;
C ANOMÉRICO
NUEVO –OH
ABAJO α
ARRIBA β
Anillos de 5 átomos = FURANOSAS
Anillos de 6 átomos= PIRANÓSIDO
La existencia de
sustituyentes voluminosos
(grupos OH y CH2OH) en el
anillo hace que resulten
favorecidas las
conformaciones silla que
presenten un máximo de
sustituyentes en disposición
ecuatorial.
El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones
de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación,
es decir; oxidándose.
El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos
electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía,
es decir; reducido.
El ensayo con el licor de Fehling se funda en el poder reductor del grupo
carbonilo de un aldehído. Éste se oxida a ácido y reduce la sal de cobre (II)
en medio alcalino,óxido de cobre (I), que forma un precipitado de color rojo.
Un aspecto importante de esta reacción es que la forma aldehído puede
detectarse fácilmente aunque exista en muy pequeña cantidad. Si un
azúcar reduce el licor de Fehling a óxido de cobre (I) rojo, se dice que es
un azúcar reductor.
A B QUE PASA
EN A
QUE PASA
EN B
REDUCTOR REDUCIDO OXIDA
PIERDE E
REDUCE
GANA E
OXIDANTE SE OXIDA REDUCE
GANA E
OXIDA
PIERDE E
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Clasificación de los glúcidosG
LÚ
CID
OS
Osas Monosacáridos
Osidos
Holósidos
Oligosacaridos (Disacáridos)
PolisacáridosHomopolisacaridos
Heteropolisacaridos
Heterósidos Glúcidos + otro componente distinto
DISACÁRIDOSUnión de dos monosacáridos que puede realizarse de dos formas:
1. ENLACE MONOCARBONÍLICO: C1 anomérico de un monosacárido y
C no anomérico del otro. Conservan el carácter reductor.
MALTOSA α-D-glucopiranosil-(1-4)- α-D-glucopiranosa
2. ENLACE DICARBONÍLICO
El enlace se produce entre los dos carbonos anoméricos de los dos
monosacáridos. Se pierde el poder reductor.
SACAROSA α-D-glucopiranosil-(1-2)- β-D-fructofuranósido
Azúcar de mesa
Enlace O-glucosídico
+Monosacárido 1 Monosacárido 2
Disacárido
Enlace N-glucosídico
β-glucosa
β-glucosamina
β-N-acetil-
glucosamina
R▬NH2
R▬OH
R’▬CO▬CH3
R’▬H
POLISACÁRIDOSUnión de muchos monosacáridos
mediante O-glucosídico.
ALMIDÓN
Mezcla de
Amilosa; unidades de maltosa con enlaces α(1-4) estructura
helicoidal
Amilopectina : maltosas α(1-4) con ramificaciones α(1-6)
La importancia de que la glucosa se acumule en forma de cadenas mas o menoscomplejas radica en que por su carácter soluble, si está en forma de monosacáridoen el interior de la célula a una concentración muy elevada, aumentaría mucho lapresión osmótica y se produciría una entrada masiva de agua en la célula. Al estarpolimerizada, no se produce este fenómeno.
GLUCÓGENO
Es el polisacárido de reserva propio de los tejidos animales. Se encuentra
en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su
concentración es muy elevada
CELULOSA
Es el principal componente de la pared celular de los vegetales. Se puede
considerar como la molécula orgánica más abundante en la Naturaleza. Es un
polímero lineal de varios miles de glucosas unidas por enlaces β(1-4). Tiene una
estructura lineal o fibrosa, en la cual se establecen múltiples puentes de
hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas,
haciéndolas impenetrables al agua, y originando fibras compactas que
constituyen la pared celular de las células vegetales.
Los seres humanos no tenemos beta glucosidasa, por lo que no se puede
digerir.
• La peculiaridad del enlace β hace a la celulosa inatacable por las enzimasdigestivas humanas; por ello, este polisacárido no tiene interés alimentariopara el hombre.
• Muchos microorganismos y ciertosinvertebrados como el pececillo de plata oel molusco taladrador de la madera soncapaces de segregar celulasas.
• Los insectos xilófagos, como las termitas, ylos herbívoros rumiantes aprovechan lacelulosa gracias a los microorganismossimbióticos del tracto digestivo, queproducen celulasas.
• Los rumiantes, como la oveja, tienen unvoluminoso estómago que les sirve comotanque de fermentación; por ello en susheces no hay restos celulósicos. En losherbívoros no rumiantes, como el caballo,sí hay.
HETEROPOLISACARIDOS
Al hidrolizarse dan lugar a 2 o más osas o a algún compuesto
derivados de estos.
-HEMICELULOSA: glucosa galactosa y fructosa (pared celular)
-PECTINAS: cadenas de ácido galacturónico. Pared celular.
-AGAR-AGAR: polímero de galactosa. Espesante. Cultivo.
-GLUCOSAMINOGLUCANOS: ácido glucurónico y N
acetilglucosamina. Origen animal. Tejido conectivo:
• ACIDO HIALURÓNICO: sustancia intercelular del tejido
conjuntivo, líquido sinovial y del humor vítreo.
• CONDROITINA. Huesos, cartílagos, córnea y tejido conjuntivo.
• HEPARINA. Anticoagulante
HETERÓSIDOS
Unión del grupo –OH de un monosacárido o un oligosacárido con
un grupo aglucón (no glucídico).
•GLUCOLÍPIDOS. Pared bacteriana gram –
•GLUCOPROTEIDOS:
• mucinas, vias respiratorias, digestivas y urogenitales vs bacterias
• glucoproteinas (leche, hormonas, membrana plasmática)
• peptidoglucanos (mureína)
Funciones generales de los glúcidos
Los glúcidos son uno de los cuatro principios inmediatos orgánicos propios delos seres vivos.Su proporción en las plantas es mucho mayor que en los animales. En lasplantas constituyen con mucho el principal componente orgánico. Se formandirectamente en la fotosíntesis.En los seres vivos sus funciones principales son:
1. Función energética2. Función estructural.3. También pueden realizar funciones específicas
Función energética. El glúcido más importante es la glucosa, ya que es elmonosacárido más abundante en el medio interno, y puede atravesar lamembrana plasmática sin necesidad de ser transformado en moléculas máspequeñas. A partir de un mol de glucosa y mediante las sucesivas reaccionescatabólicas de la respiración aeróbica, se pueden obtener 266 kcal. El almidón,el glucógeno, etc, son formas de almacenar glucosas. El almidón, por ejemplo,permite acumular miles de glucosas sin que ello implique un incremento en laconcentración del medio interno celular.
Función estructural. Se ha de destacar la importancia del enlace β que
impide la degradación de estas moléculas y hace que algunos organismos
puedan permanecer cientos de años, en el caso de los árboles, manteniendo
estructuras de hasta 100 metros de altura.
Entre los glúcidos con función estructural destacan:
• Celulosa en los vegetales
• Quitina en los artrópodos
• Ribosa y desoxirribosa en los ácidos nucleicos de todos los seres vivos
• Peptidoglucanos en las bacterias
• Condroitina en huesos y cartílagos
El enlace β provoca que las moléculas adopten una conformación alargada y
extendida, mientras que el enlace alfa hace que las cadenas de polisacáridos se
enrollen en forma de hélice, lo que favorece la formación de gránulos densos,
adecuados para el almacenamiento.
Otras funciones específicas de determinados glúcidos son:
antibiótico (estreptomicina), la de
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 señas de identidad
celular actuando de marcadores de membrana, receptores de señales, etc.
1. Explicar principales funciones de los glúcidos y poner ejemplos
2. Diferencias entre isómeros, epímeros, enantiomorfos
3. Explicar características estructurales y funcionales de los
polisacáridos. Cite tres ejemplos de polisacáridos de glucosa
4. Cuales son las principales diferencias (estructurales y
funcionales) entre celulosa, almidón y glucógeno