BIOMOLECULAS carbohidratos BIOMOLECULAS Los seres vivos estn formados

BIOMOLECULAS carbohidratos

BIOMOLECULAS • Los seres vivos están formados por miles de clases de moléculas A. Moléculas inorgánicas: • El agua, sodio (Na+), potasio (K+), magnesio (Mg+), calcio (Ca+) B. Moléculas orgánicas ( elementos) : en su mayoría formadas por: carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fósforo, azufre, elementos metálicos y no metálicos

BIOMOLECULAS CLASES PRINCIPALES DE BIOMOLECULAS ORGANICAS Molécula pequeña Polímero Funciones generales Aminoácidos proteínas Catálisis y elementos estructurales Azucares Hidratos de carbono Fuentes energética y estructurales Ácidos grasos Nucleótidos Fuente energética y estructural DNA, RNA Información genética y síntesis proteica

HIDRATOS DE CARBONO • Son las biomoleculas mas abundantes de la naturaleza Funciones biológicas: 1. 2. 3. Fuente de energía (glucosa): animales y plantas Elementos estructurales ( celulosa) en los vegetales y madera , ( quitina) en los insectos y crustáceos. Precursores de la producción de otras biomoleculas: aminoácidos, lípidos, purinas y pirimidinas

HIDRATOS DE CARBONO Funciones biológicas: 4. Partes integrantes de otras biomoleculas ( glucoconjugados) • Moléculas proteicas y lipidicas con grupos de hidratos de carbono ligados covalentemente ( superficie externa de membranas celulares) • Elementos estructurales de nucleótidos y ácidos nucleicos ( ribosa y desoxiribosa) 5. Transducción de señales, interacción célula-célula y la endocitosis (glucoproteinas, glucolipidos e hidratos de carbono libres con receptores complementarios)

HIDRATOS DE CARBONO o La mayoría de los hidratos de carbono contienen : a) b) c) Carbono Hidrogeno Oxigeno una proporción : ( CH 2 O )n n mayor e igual a 3 Los azucares simples o monosacaridos son las unidades básicas de los hidratos de carbono Los azucares contienen grupos funcionales : d) Alcohol estructura : R-OH ( hidroxilo) e) 0 II Cetona : R—C---R ( carbonilo) O II f) Aldehído : R—C---H ( carbonilo)

HIDRATOS DE CARBONO Clasificación 1. Numero de azúcar sencillo que contienen 2. Al grupo funcional (naturaleza química de su grupo carbonilo) 3. Numero de átomos de carbono 4. De acuerdo a su configuración óptica

HIDRATOS DE CARBONO CLASIFICACION: DE ACUERDO CON EL NUMERO DE AZUCAR SENCILLO QUE CONTIENEN Monosacáridos Disacáridos Oligosacaridos Polisacáridos Glucosa Fructosa Galactosa Ribosa 2 -desoxiribosa Lactosa Maltosa Celobiosa sacarosa Con manosa elevada Híbridos Complejos Ligados por O Almidón Glucógeno Celulosa Quitina Glucosaaminoglucanos mureina

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS (AZUCARES SENCILLOS) • Clasificación de acuerdo al grupo funcional : 1. Polihidroxialdehidos; aldosas 1. Polihidroxi-ceto; cetosas

Clasificación de acuerdo al grupo funcional

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS • Clasificación de acuerdo al numero de átomos de carbono: 1. Triosas Tetrosas Pentosas Hexosas 2. 3. 4. Pentosas y hexosas mas abundantes en Las células

Monosacáridos pueden ser aldosas o cetosas pentosas y hexosas mas abundantes en la célula

FUNCIONES BIOQUIMICAS DE LOS MONOSACARIDOS

HIDRATOS DE CARBONO ESTRUCTURA A. Proyecciones de Fischer B. Estructura de Haworth C. Formulas conformacionales

HIDRATOS DE CARBONO ESTRUCTURA v Las estructuras de Fischer : el esqueleto del hidrocarburo de dibuja verticalmente con el carbono mas oxidado en la parte superior, las líneas horizontales se supone que se proyectan hacia el observador y las líneas verticales se alejan del observador

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS ESTEROISOMEROS Cuando el numero de átomos de carbono aumenta en los compuestos aumenta También el numero de isomeros ópticos posibles Total de isomeros = compuesto con n Posibles átomos quirales tiene un máximo de 2 n esteroisómeros posibles Regla de Von´t Hoff n=4 2 a la 4 o 16 esteroisómeros ( 8 D y 8 L)

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS ESTEROISOMEROS Esteroisómero ópticos : • • El carbono de referencia es el carbono asimétrico que esta mas alejado del carbono carbonilo Su configuración es semejante a la del carbono asimétrico en el D o L- gliceraldehido • Casi todos los azucares tienen la configuración –D: a) La triosa- D- gliceraldehido : las aldosas La triosa no quiral dihidroacetona : las cetosas b)

ESTEROISOMEROS

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS ESTEROISOMEROS v La familia de las D- aldosas, contiene los Monosacáridos biológicos mas importantes v El grupo hidroxilo esta hacia la derecha sobre el átomo de carbono quiral mas alejado del carbono mas oxidado( el grupo aldehído) de la molécula ( carbono 5 en un azúcar de 6 carbonos)

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS FAMILIA D-ALDOSAS

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS FAMILIA DE D-CETOSAS

Actividad óptica o isomería Los monosacáridos poseen actividad óptica y desvían el plano de la luz polarizada hacia la derecha o hacia la izquierda. Los isómeros son compuestos que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural. En general una molécula con n centros quirales tiene 2 n estereoisómeros. Centro quiral o C asimétrico: tiene 4 sustituyentes diferentes

Actividad óptica o isomería Las aldohexosas con cuatro centros quirales, tienen 24=16 estereoisómeros. Los estereoisómeros de los monosacáridos pueden ser divididos en 2 grupos, los cuales difieren en la configuración alrededor del centro quiral más lejano del carbono carbonílico (carbono de referencia). Isómeros D Isómeros L

HIDRATOS DE CARBONO MONOSACARIDOS ESTEROISOMEROS A. Enantiomeros (especulares) • Aldosa D-ribosa y L-ribosa B. Diastomeros (no especulares) • D-ribosa y D- arabinosa Los diastomeros pueden ser: Epímeros: cuando se diferencian en la configuración de un único átomo de carbono asimétrico D-glucosa y la D-galactosa

ISOMEROS DE CONFIGURACION

EPÍMEROS

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA CICLICA v Los azucares que contienen cuatro o mas carbonos se encuentran principalmente en formas cíclicas v La formación del anillo se produce en disolución acuosa debido a que los grupos aldehídos y cetona reaccionan reversiblemente con los grupos hidroxilo presentes en el azúcar para formar los hemiacetales y hemicetales

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA CICLICA Ø La reacción de los grupos funcionales aldehído y cetona es inestable y revierte fácilmente Ø Cuando los grupos funcionales y el alcohol son parte de la misma molécula se produce una ciclación intramolecular con productos estables de 5 a 6 átomos Ø En la ciclación el carbono carbonilo se transforma en un nuevo centro quiral ( átomo de carbono anomerico) Ø Los diastomeros que pueden formarse durante la ciclación se denominan anomeros

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA CICLICA ü Los anillos hemiacetalicos de cinco miembros se denominan furanosas debido a su semejanza estructural con el furano • Fructosa ; fructofuranosa ü Los anillos de seis miembros se les denomina piranosas debido a su semejanza con el pirano • Glucosa ; glucopiranosa

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA DE HAWORTH Imagen mas exacta de la estructura de los hidratos de carbono. Pasos para convertir la formula tradicional de Fischer de una Dpentosa o D- hexosa a una forma de Haworth : 1. Dibujar un anillo de cinco o seis miembros con el oxigeno situado como se indica

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA DE HAWORTH 2. Comenzando con el carbono anomerico hacia la derecha del oxigeno del anillo, colocar los grupos hidroxilo bien por encima o por debajo del plano del anillo 3. Los grupos que apuntan hacia la izquierda en la formula de la proyección de Fischer deben ir por encima del plano del anillo y aquellos que apuntan hacia la derecha deben ir por debajo del anillo

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA DE HAWORTH 4. En los azucares D- la posición del ultimo carbono ( C-6 de la glucosa) esta siempre hacia arriba.

MONOSACARIDOS ESTRUCTURAS DE HAWORTH • En los azucares aldosa ( D- aldosa) • El grupo hidroxilo del recién formado hemiacetal se produce en el carbono 1 ( carbono anomerico) y puede tener lugar por encima del anillo ( posición hacia arriba) o por debajo del anillo ( posición hacia abajo) • Hidroxilo esta hacia abajo; estructura en forma anomerica alfa • Hidroxilo hacia arriba: estructura en forma anomerica beta

ISOMEROS DE CONFIGURACION

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA CICLICA DE FISCHER v El hidroxilo anomerico alfa se produce hacia la derecha v El hidroxilo anomerico beta hacia la izquierda v Las moléculas de azúcar cíclicos utilizan enlaces largos para indicar la estructura del anillo

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA o Las estructuras conformacionales: son representaciones mas exactas de la estructura de monosacáridos o Ilustran la naturaleza encogida de los anillos de azucares

ISOMEROS CONFORMACIONALES • Las hexosas pueden encontrarse en conformaciones de bote y de silla. • Generalmente la silla es mas estable

MONOSACARIDOS ESTRUCTURA Ø Los modelos de relleno espacial, sus dimensiones son proporcionales a los radios de los átomos

MONOSACARIDOS A. Glucosa B. Fructosa C. galactosa

ABREVIATURAS UTILIZADAS PARA ALGUNOS RESIDUOS DE MONOSACARIDOS FRECUENTES

MONOSACARIDOS GLUCOSA v D-glucosa (dextrosa) Principal combustible de las células , fuente preferida de; las células cerebrales las células que tienen pocas o ninguna mitocondria ( eritrocitos), células con limitado aporte de oxigeno (globo ocular) v Fuentes; almidón de plantas, lactosa, maltosa, sacarosa

MONOSACARIDOS FRUCTOSA v D-fructosa (levulosa) v Azúcar de la fruta v Miembro importante de la familia azucares de cetosa v Usado como agente edulcorante en los productos alimenticios procesados v Los espermatozoides la utilizan como fuente de energía( vesículas seminales)

MONOSACARIDOS GALACTOSA • Necesaria para la síntesis de biomoleculas: a) b) c) d) e) Lactosa Glucolipidos Fosfolipídos Proteoglicanos Glicoproteínas • Se obtiene de la: alimentación o sintetizada a partir de la glucosa 1 -fosfato (epimeraza)

HIDRATOS DE CARBONO DISACARIDOS Ø Glucósidos formados por dos monosacáridos Ø Una molécula de monosacárido unida a través de su átomo de carbono anomerico al grupo hidroxilo del carbono 4 de otro monosacárido el enlace glucosidico se denomina 1, 4 Ø El grupo hidroxilo puede estar en configuración alfa o beta Ø Pueden formarse dos disacáridos posibles cuando se unen dos moléculas de azúcar

HIDRATOS DE CARBONO DISACARIDOS A. La lactosa B. La maltosa C. La celobiosa D. La sacarosa

CARACTERISTICAS DISTINTIVAS DE LOS DIFERENTES DISACARIDOS 1. Los dos monómeros de azúcar que lo 2. 3. 4. forman, y sus configuraciones espaciales Los carbonos que intervienen en la unión El orden de las dos unidades monomericas, en el caso que sean de tipos distintos La configuración anomerica del grupo hidroxilo del carbono 1 de cada residuo

DISACARIDOS LA LACTOSA ( AZUCAR DE LA LECHE) • Formado por una molécula de galactosa unido por el grupo hidroxilo del carbono 1 con el enlace Betaglucosidico con el grupo hidroxilo del carbono 4 de una molécula de glucosa • Es un azúcar reductor ( el componente glucosa tiene un grupo hemiacetal)

DISACARIDOS LA MALTOSA (AZUCAR DE MALTA) • Producto intermediario de la hidrólisis del almidón • No aparece en forma libre en la naturaleza • Disacárido con enlace glucosidico alfa 1, 4 entre dos moléculas de glucosa • En disolución el carbono anomerico experimenta una mutorrotación da una mezcla de equilibrio alfa y beta maltosa

DISACARIDOS LA CELOBIOSA • Producto de degradación de la celulosa • Contiene dos moléculas de glucosa ligadas por un enlace glucosidico beta I, 4 • No existe en forma libre en la naturaleza • La estructura es idéntica a la de la maltosa

DISACARIDOS LA SACAROSA (AZUCAR COMUN DE MESA DE CAÑA O REMOLACHA) v Se produce en las hojas y raíces de las plantas v Contiene un residuo de alfa- glucosa y otro de Beta-fructosa v Azúcar no reductor v El enlace glucosidico se encuentra entre ambos carbonos anomericos ( diferencia con otros disacáridos)

HIDRATOS DE CARBONO OLIGOSACARIDOS Ø Polímeros de azucares relativamente pequeños de 2 a 10 monosacárido Ø En su mayor parte unidos a polipéptidos en glicoproteínas y algunos glucolipidos Ø Unidos a membrana y proteínas secretorias en retículo endoplasmico y complejo de golgi Ø Dos clase: A. B. Ligados por N Ligados por O

OLIGOSACARIDOS LIGADOS POR N Están unidos a los polipéptidos por un enlace N-glucosidico con el grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina • • • Con manosa elevada Híbridos complejos

OLIGOSACARIDOS LIGADOS POR O v Están unidos a polipéptidos por el grupo hidroxilo de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina v Están unidos al grupo hidroxilo de los lípidos de la membrana

LOS OLIGOSACARIDOS SON DETERMINANTES ANTIGENICOS • Los antígenos del grupo sanguíneo ABO son componentes oligosacaridos de glicoproteínas y glucolipidos sobre la superficie de la célula de un individuo • Estos antígenos están unidos a las proteínas de membrana en forma de glucanos con enlace-O

REACCIONES TRANSFUCIONALES ENTRE LOS DISTINTOS GRUPOS SANGUINEOS ABO

HIDRATOS DE CARBONO POLISACARIDOS(GLUCANOS) o Utilizados como fuente de energía y materiales estructurales o De 100 hasta miles de unidades de monosacáridos unidos por enlaces glucosidicos Formas : a) Lineal : celulosa , amilosa b) Ramificada : glicógeno , amilopectina

HIDRATOS DE CARBONO POLISACARIDOS o clasificación A. Homopolisacáridos (formados por un tipo de monosacárido): 1) 2) 3) 4) 5) Amilosa Amilopectina Glucógeno Celulosa Quitina B. Heteropolisacaridos (formados por dos o mas tipos de monosacáridos): 1) 2) Glucosaaminoglicanos Mureina (peptidoglicanos)

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS Almidón: Reserva energética de las células Fuente de hidratos de carbono en la alimentación • • Hidrólisis de enlaces glucosidicos • • Alfa-amilasa salival (boca) Alfa- pancreática ( intestino delgado) • Formas de almidón: a) b) Amilosa amilopctina

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS ALMIDON Amilosa : • Cadenas largas de D-glucosa unidos por enlaces glucosidicos alfa (1, 4) • Los carbonos anomericos participan en enlaces acetal y no están libres para actuar como agentes reductores • El polímero forma una hélice hacia la izquierda Formas: lineales compactas

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS ALMIDON Amilopectina: • Polímero ramificado que contiene ambos enlaces glucosidicos alfa ( 1, 4 ) y alfa ( 1, 6 ) • Los puntos de ramificación alfa (1, 6) pueden producirse cada 20 -25 residuos de glucosa ( impide la formación de hélice) • Miles a millones unidades de glucosa

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS GLUCOGENO • Hidrato de carbono de almacenamiento de energía de los vertebrados • Abundante en las células: a) b) hepáticas ( 8 -10% del peso) musculares ( 2 -3% del peso) • Abundantes puntos de ramificación (cada cuatro residuos de glucosa) • Molécula compacta ; poco espacio (movimiento) • Muchos extremos reductores ; glucosa almacenada de movimiento rápido

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS CELULOSA • Es un polímero formado por residuos de D- glucopiranosa unidos por enlaces glucosidicos beta (1, 4) • Polisacárido estructural mas importante de las plantas • Sustancia orgánica mas abundante de la tierra • Hasta 12, 000 unidades de glucosa sin ramificar, unidos por enlaces hidrogeno ( microfibrillas) • Se requiere de celulasa ( termitas y vacas) • Fibra de l alimento

HIDRATOS DE CARBONO HOMOPOLISACARIDOS QUITINA • Las unidades monomericas (N-acetil glucosamina) están unidas en cadenas sin ramificar por enlaces glucosidicos beta (1, 4) • Estructura y función de soporte • Se encuentran en tres tipos de microfibrilla unidos por enlace de hidrogeno: 1. 2. 3. Alfa – quitina Beta – quitina Gamma- quitina

HIDRATOS DE CARBONO HETEROPOLISACARIDOS GLUCOSAAMINOGLICANOS (GAG) • Polímeros lineales con unidades repetitivas de disacáridos, denominados mucopolisacaridos, altamente hidratados debido a su naturaleza acida • Proporcionan a los tejidos resistencia a la compresión y rellenan los espacios intercelulares • Su naturaleza porosa permite la difusión de nutrientes y oxigeno por los tejidos

HIDRATOS DE CARBONO HETEROPOLISACARIDOS GLUCOSAAMINOGLICANOS (GAG) • Las unidades repetitivas contienen : a) Un ácido hexuronico ( ácido urónico con b) c) d) 6 átomos de carbono) Galactosa N-acetilhexosamina sulfato N-acetilglucosamina

HIDRATOS DE CARBONO HETEROPOLISACARIDOS CLASES Y FUNCION

HETEROPOLISACARIDOS LA MUREINA (PEPTIDOGLICANOS) • • Polímero complejo Característica estructural de las paredes celulares de todas las bacterias • Contiene: A. Dos derivados de azúcar: 1. 2. N-acetiglucosamina Ácido N-acetil muramico B. Varios aminoácidos diferentes: 1. Cadenas tetrapeptidicas paralelas Puentes peptídicos cruzados entre las cadenas 2.

PAREDES CELULARES BACTERIANAS

GLUCOCONJUGADOS Ø Se producen por enlaces covalentes entre moléculas de hidrato de carbono y proteínas y lípidos Ø Dos clases: A. Hidratos de carbono-proteína: 1. 2. Proteoglucanos Glucoproteinas B. Oligasacaridos y lípidos: 1. Glucolipidos ( superficie externa de membranas plasmáticas)

GLUCOCONJUGADOS PROTEOGLUCANOS o Contenido alto de hidratos de carbono hasta el o o 95% Se encuentra en la matriz extracelular (intercelular) Contiene cadenas de GAG unidos a moléculas proteicas( proteínas centrales) por enlaces N u O glucosidicos Contribuyen al soporte y elasticidad de tejidos Estructura de membrana e interacción celular

GLUCOCONJUGADOS GLUCOPROTEINAS ü Proteínas unidas de forma covalente a hidratos de carbono mediante enlaces N u O ü Composición de hidratos de carbono varia desde el 1% a mas del 85% del peso total ü Se encuentran monosacáridos y disacáridos ü tipos( unión del hidrato de carbono a la proteína): 1. 2. Ligadas por asparagina tipo mucina ( serina o treonina)

GLUCOPROTEINAS FUNCIONES 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Transferrina y ceruloplasmina Factores de coagulación de la sangre Componentes de complemento Hormonas; FSH / GCH Enzimas : ribonucleasa B Proteínas integrales de membrana; Na+ - K+ - ATPasa Antigenos principales de histocompatibilidad Interacción célula-célula ; receptor de insulina gp 120 interacción VIH/CD 4 Componente de la estructura celular: Glucocaliz Moléculas de adhesión celular : CAM Inmunoglobulinas; IGA , IGM Reconocimiento biológico

GLUCOLÍPIDOS Se refiere a esfingolípidos de membrana donde sus grupos polares son oligosacáridos. Son componentes de la membrana celular: Actúan como sitios específicos de unión a lectinas. Abundantes en cerebro y neuronas: Participan en conducción nerviosa y formación de mielina.

Lipopolisacáridos Es la característica estructural dominante de la membrana externa de bacterias Gram (-) como E. coli y Salmonella typhimurium. Son los diana de los anticuerpos producidos en vertebrados en respuesta a una infección bacteriana y por lo tanto son importantes determinantes del serotipo de cepas bacterianas.