BIOMOLECULAS Son las principales molculas de los seres

BIOMOLECULAS Son las principales moléculas de los seres vivos BIOMOLECULAS CARBOHIDRATOS LIPIDOS PROTEINAS ACIDOS NUCLEICOS 1

Semana 25 CARBOHIDRATOS (Monosacáridos) QUÍMICA 2020 2

SEMANA 25 CARBOHIDRATOS Definición. Clasificación de carbohidratos por el número de unidades estructurales. -Monosacáridos -Disacáridos -Polisacáridos Monosacáridos: D-gliceraldehído, D-dihidroxicetona, D-ribosa, D-desoxirribosa, D-glucosa, D-manosa, D-galactosa, D-fructosa, L-fucosa (en grupos sanguíneos). Clasificación de monosacáridos: por número de carbonos y por grupo funcional. Propiedades físicas. Formulas estructurales: -Lineales (Fischer) -Cíclicas (Haworth), Configuración D y L. Carbono asimétrico o quiral, Actividad óptica, Polarímetro, Luz polarizada, Mutarrotación. Estereoisómeros: Isómeros ópticos: Enantiómeros y Diastereoisómeros, Epímeros, Anómeros Reacciones químicas: -Molish -Benedict Aplicación de los conceptos en la salud humana. Lecturas en libro de texto - La Química en la Salud: “Hiperglucemia e hipoglucemia” “Enantiómeros en los sistemas biológicos” “Pruebas de glucosa en orina” Laboratorio: Propiedades físicas y químicas de Carbohidratos. 3

Definición de Carbohidrato • Compuestos formados por C, H y O. • Son ALDEHÍDOS ó CETONAS polihidroxilados. • Son la principal fuente de ENERGÍA para los seres vivos. 4

Clasificación de Carbohidratos Por el numero de unidades estructurales POLISACARIDOS Más de 10 unidades MONOSACARIDOS Una unidad Por el # DE CARBONOS TRIOSAS 3 C TETROSAS 4 C PENTOSAS 5 C HEXOSAS 6 C Por el grupo funcional DISACARIDOS Dos unidades OLIGOSACARIDOS De 2 -10 unidades ALDOSAS (aldehído) y CETOSAS (Cetona) 5

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MONOSACÁRIDOS: Son azúcares simples que no se hidrolizan, no se rompen en moléculas más pequeñas. Formados por cadenas no ramificadas de 3 a 7 carbonos. Propiedades físicas: Sólidos cristalinos, blancos, dulces, solubles en agua. Estudiaremos los siguientes monosacáridos • • D-Gliceraldehído, D-Dihidroxicetona, D-ribosa, D-desoxirribosa, D-Glucosa, D-Manosa, D-Galactosa, D-Fructosa, L-Fucosa. 7

MONOSACÁRIDOS: Los monosacáridos más pequeños son las Triosas: (Aldotriosa) (Cetotriosa) • Aldotriosa: • Cetotriosa: GLICERALDEHÍDO DIHIDROXICETONA (OH-Lado derecho) (OH-Lado izquierdo) (No tiene D- ni L-) 8

Los monosacáridos pueden existir en forma lineal y cíclica. Para representar las formas lineales se utilizan las Fórmulas estructurales Lineales o Proyecciones de Fischer se escriben en forma vertical Aldopentosas RIBOSA: Forma parte del ARN 2 -DESOXIRRBOSA: Sin oxígeno en el C#2. Forma parte del ADN 9

Aldohexosas D-GLUCOSA D-GALACTOSA D-MANOSA D-FRUCTOSA 10

Los monosacáridos pueden existir con Configuraciones D y L Ejemplo: D-glucosa y L-glucosa SON ENENTIÓMEROS ENTRE SÍ La mayoría de carbohidratos en la naturaleza se encuentran en forma D, por ejemplo la D-GLUCOSA ó DEXTROSA 11

Configuraciones D y L de monosacáridos (como reconocer si una estructura es D o L) • Configuración D: El penúltimo carbono (de arriba hacia abajo) en la estructura de Fischer presenta el –OH del lado DERECHO. • Configuración L: El penúltimo carbono (de arriba hacia abajo) en la estructura de Fischer presenta el –OH del lado IZQUIERDO. Las estructuras D y L de un mismo monosacárido son un tipo de Isómeros llamados ENANTIÓMEROS o IMAGEN DE ESPEJO. 12

L-FUCOSA (un ejemplo de monosacárido en forma L) Este monosacárido es un desoxiazucar, le falta un oxígeno en la posición 6 Su formula molecular : C 6 H 12 O 5. Es uno de los sacáridos anclados en la membrana externa del eritrocito, que participan en la diferenciación de grupos sanguíneos. También se halla en la membranas externas de celulas de mamíferos, plantas, insectos. 13

Estructuras lineales y Cíclicas de la L -Fucosa 14

Los monosacáridos también pueden existir en formas cíclicas al formar enlaces internos en su cadena: hemiacetálicos (en aldosas) o hemicetálicos (en cetosas). Estructura de Fischer Estructura Hemiacetálica Enlace hemiacetálico D-glucosa α-D-glucosa 15

Para representar las Fórmulas Estructurales hemiacetálicas o hemicetálicas Cíclicas de Haworth Se utilizan anillos de Furanosa de 5 lados y de Piranosa de 6 lados. • Los –OH que aparecen a la derecha en la fórmula lineal de Fischer se colocan hacia abajo del anillo. • Y los -OH que están a la izquierda se dibujan hacia arriba del anillo. Formas que pueden adoptar los monosacáridos 5 lados (pentágono) FURANOSA para pentosas 6 lados (hexágono) PIRANOSA Para hexosas

COLOCACIÓN DE LOS CARBONOS EN LA ESTRUCTURA DE HAWORTH EN UNA ALDOSA 17

Cuando se originan las formas cíclicas se pueden formar 2 tipos de estructuras (o isómeros): Anómeros α y β Anómero-α: El –OH del C anomérico (#1) queda hacia abajo (a la derecha en la vertical). Anómero-β: El –OH del C anomérico (#1) queda hacia arriba (a la izquierda en la vertical). Estas dos formas α y β son Isómeros Anoméricos entre sí 18

Ejemplo: Formación de la estructura cíclica en forma PIRANÓSIDA de la D-glucosa: Se llama α-D-glucopiranosa 19

Ej: Formación de la estructura cíclica en forma FURANÓSIDA de la D-fructosa: Se llama β-D-fructofuranosa 20

Anómeros alfa y beta Son isómeros de un mismo monosacárido. Se diferencian únicamente por la posición del –OH del carbono carbonilo (#1 en aldosas y #2 cetosas) cuando están en forma hemiacetálica, hemicetálica ó cíclica. • ANÓMERO α: en la forma hemiacetálica y hemicetálica presentan el –OH del C#1 ó C#2 a la DERECHA y en la forma cíclica tienen el –OH del C#1 ó C#2 hacia ABAJO. • ANÓMERO β: en la forma hemiacetálica y hemicetálica presentan el –OH del C#1 ó C#2 a la IZQUIERDA y en la forma cíclica tienen el –OH del C#1 ó C#2 hacia ARRIBA. 21

Anómeros de la D-glucopiranosa a-D-Glucopiranosa ANOMERO a b-D-Glucopiranosa ANOMERO b Carbono anomérico: es el que forma los anómeros α y β. En las aldosas es el C#1 y en las cetosas es el C#2. 22

Anómeros de la D-fructofuranosa 23

Anómeros o isómeros y de las formas cíclicas de Haworth de monosacáridos tipo Hexosas: aldosas y cetosas a-D-Manosa a-D-Manopiranosa b-D-Manosa a-D-Galactosa b-D-Manopiranosa a-D-Galactopiranosa b-D-Galactopiranosa ALDOSAS a-D-Glucosa a-D-Glucopiranosa b-D-Glucopiranosa b-D-Fructosa a-D-Fructofuranosa b-D-Fructofuranosa 24 CETOSAS

Carbono Asimétrico ó Quiral • Es el Carbono de una molécula que tiene sus 4 enlaces unidos a 4 diferentes átomos ó a 4 sustituyentes diferentes. 25

Carbonos Asimétricos ó Quirales en los monosacáridos MONOSACARIDO No. de carbonos asimétricos (QUIRALES) Ejemplo TRIOSAS 1 Gliceraldehido TETROSAS 2 Treosa PENTOSAS 3 Ribosa HEXOSAS 4 Glucosa 26

Actividad Óptica • Es la propiedad de algunos compuestos de desviar la LUZ POLARIZADA hacia la derecha (dextrógiros) o a la izquierda (levógiros). Se debe a que tienen 1 o más carbonos asimétricos ó quirales. Los compuestos que no presentan carbonos asimétricos ó quirales no tiene actividad óptica. La dihidroxicetona no presenta Carbono quiral. Es el único monosacárido que no tiene actividad óptica. • La ACTIVIDAD ÓPTICA NO SE PUEDE VER EN LA FÓRMULA DEL COMPUESTO. Se mide con el aparato POLARÍMETRO. . El polarímetro indicará si el plano de luz polarizada se desvía ó gira hacia la izquierda o a la derecha. 27

Polarímetro Instrumento que se usa para medir la luz polarizada en un plano, producida por un compuesto ópticamente activo. 28

Los monosacáridos según su actividad óptica al desviar la luz polarizada pueden ser: • DEXTRÓGIROS (+): Si desvían la luz polarizada hacia la DERECHA. Ejemplo: D (+)-glucosa. • LEVÓGIROS (-): Si desvían la luz polarizada hacia la IZQUIERDA. Ejemplo: D (-) fructosa. (no confundir la actividad óptica con las configuraciones D y L) 29

Isómeros ISOMEROS ESTRUCTURALES ESTEREOISMEROS OPTICOS ENATIÓMEROS GEOMETRICOS (CIS Y TRANS) Diastereoisómeros EPIMEROS 30

Estereoisómeros (isomería espacial) Isómeros con la misma fórmula molecular y estructural, solo se diferencian por la forma en que están orientados sus átomos en el espacio. Por ejemplo: las aldohexosas glucosa, manosa y galactosa. Ejemplo: 31

Isómeros Ópticos: Son isómeros (estereoisómeros) con la misma fórmula molecular y estructura, solo se diferencian en la forma en que desvían la luz polarizada. (Tienen Carbonos quirales o asimétricos) 32

Enantiómeros o Imagen de Espejo: Son un tipo de isómeros ópticos con todos sus OH en lados opuestos, se diferencian únicamente en que desvían la luz polarizada en la misma magnitud pero en direcciones opuestas. Los monosacárido D y L son enantiómeros entre sí. Ejemplo: D-glucosa con L-glucosa. D-ribosa con L-ribosa. 33

Diastereoisómeros: son los estereoisómeros que no son enantiómeros (no son imagen de espejo). Ejemplo: Todas las D-Aldohexosas entre sí. Todas las L- aldohexosas entre sí. (Pero no las D y L entre sí) Anómeros: Son isómeros que solo se diferencian por la posición o del –OH en el Carbono anomérico Ejemplo: alfa y beta glucosa. -D-Glucopiranosa 34

Diastereoisómeros: son los estereoisómeros que no son enantiómeros (no son imagen de espejo). Ejemplo: Todas las D-Aldohexosas entre sí. Todas las L- aldohexosas entre sí. (Pero no las D y L entre sí) Anómeros: Son isómeros que solo se diferencian por la posición o del –OH en el Carbono anomérico Ejemplo: alfa y beta glucosa. -D-Glucopiranosa 35

Epímeros: son isómeros que se diferencian en la ubicación espacial de un solo –OH de un C asimétrico. Ej: Glucosa y Galactosa son epímeros en el carbono #4 Glucosa y Manos son epímeros en el carbono #2. (PERO NO GALACTOSA Y MANOSA ENTRE SÍ) EN EL CARBONO #2 EN EL CARBONO #4

Mutarrotación • La presentan todos los carbohidratos que tienen carbono anomérico libre y que pueden formar anómeros α y β. • Consiste en la variación gradual de la rotación óptica de un carbohidratos hasta estabilizarse. • Todos los monosacáridos presentan mutarrotación porque todos forman anómeros (isómeros) α y β. 37

Ejemplo: Mutarrotación de la GLUCOSA y formación de ANÓMEROS alfa y beta 38

Reacciones Químicas Reacción de Molish Identifica a los carbohidratos y los diferencia de otras moléculas orgánicas. Esta reacción es característica y general para los carbohidratos. OH CARBOHIDRATO + H 2 SO 4 + -NAFTOL DERIVADO DE FURFURAL (VIOLETA O MARRON)) 39

REACCION DE MOLISH 40

Reacción de Benedict Clasifica los carbohidratos en REDUCTORES (Benedict +) y NO REDUCTORES (Benedict -). El Cu+2 se reduce a Cu +1 y forma un precipitado rojo ladrillo que identifica la reacción positiva. Se realiza en medio básico. CARBOHIDRATO + Cu+2 AZUL Na. OH CARBOHIDRATO OXIDADO + Cu 2 O ROJO LADRILLO 41

Reacción de Benedict GLUCOSA FRUCTOSA SACAROSA 42