BQ111 Odontologa FCMUNAH GRUPOS FUNCIONALES HIDRATOS DE CARBONO

BQ-111 Odontología FCM-UNAH • GRUPOS FUNCIONALES • HIDRATOS DE CARBONO

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE: • �Reconocer estructuras básicas delos carbohidratos por el grupo funcional �Describir la clasificación de los carbohidratos de acuerdo a su complejidad estructural �Explicar la importancia de los carbohidratos en variados aspectos funcionales de la célula

GRUPOS FUNCIONALES Son las diferentes asociaciones entre átomos que proporcionan características funcionales a las moléculas

GRUPOS FUNCIONALES Los carbonos unidos por enlaces covalentes en las biomoleculas pueden formar cadenas lineales, ramificadas y estructuras ciclicas. A estos esqueletos de carbono se agregan agrupaciones de otros atomos : GRUPOS FUNCIONALES, los cuales confieren a las moleculas caracteristicas quimicas especiales. No hay otro elemento quimico que pueda formar moleculas con tanta variedad de tamaños, formas o grupos funcionales.

La mayoria de las biomoleculas son derivados de los hidrocarbonos, donde los atomos de hidrogeno han sido reemplazados por grupos funcionales y se obtienen las diferentes familias de compuestos organicos. � Alcoholes: 1 o mas grupos hidroxilos � Aminas: con grupos amino � Aldehidos y Cetonas: grupos carbonilos Muchas biomoleculas son polifuncionales: contienen 2 o mas grupos funcionales, con sus propias caracteristicas quimicas. La personalidad de un compuesto esta determinada por la quimica de sus grupos funcionales y su disposicion tridimensional en el espacio.

CONTENIDO H Hiiddratos d de C Caarrb bono Definicion Estructuras Funciones Clasificacion

HIDRATOS DE CARBONO � Son compuestos con un grupo carbonilo formando Aldehídos o cetonas con 2 o mas grupos hidroxilos (derivados de polihidroxialcoholes) � Formula general es (CH 2 O)n n≥ 3, pueden contener N, P o S. � Llamados Sacáridos o azucares � Biomoléculas mas abundantes de la Tierra. � Son la mayor fuente de energía: fotosíntesis

HIDRATOS DE CARBONO Cada año se convierten mas de 100 billones de toneladas metricas de CO 2 y H 2 O a celulosa por medio de la fotosintesis. Algunos carbohidratos como el azucar y los almidones son la base de la dieta en la mayoria de los paises y la oxidacion de los carbohidratos es la principal via para la obtencion de energia en la mayoria de las celulas no fotosinteticas. Los polimeros insolubles de carbohidratos sirven como elementos estructurales y protectores en las paredes celulares de las bacterias, plantas y tejidos conectivos de los animales. Algunos otros polimeros funcionan como lubricantes para articulaciones y participan en el reconocimiento y adhesion entre celulas.

Funciones de los hidratos de C � Unión a otras macromoléculas (GLICOCONJUGADOS: glicoproteínas y glicolípidos) � Fuente de carbón Adición de fibra en la dieta � Estructurales/ protección (tejido conectivo) Anticoagulan tes � Lubricantes de articulaciones � Componentes de nucleótidos � Adhesión celular � Determinantes de grupos sanguíneos Fuente de energía (glucosa) � Almacenamiento de energía (glucógeno, almidón) � � � Reconocimiento/Señalización (anticuerpos utilizados por el sistema inmune) � Anticongelantes

CLASIFICACIÓN I. Número de unidades de azúcar II. Número de átomos de C III. Posición del grupo C=O (carbonilo) IV. Estereoquímica

I. - • NÚMERO DE UNIDADES DE AZÚCAR: • 1 2 3 MONOSACÁRIDOS 1 sola unidad OLIGOSACÁRIDOS por hidrólisis producen de 2 a 10 moléculas POLISACÁRIDOS más de 10 moléculas

MONOSACARIDOS DEFINICION: Solidos cristalinos, incoloros, de sabor dulce, muy solubles en agua e insolubles en solventes no polares. ESTRUCTURA: Su esqueleto esta formado por cadenas de carbonos no ramificadas, donde todos los carbonos estan unidos por enlaces covalentes simples. En la forma lineal uno de los carbonos tiene un doble enlace con un atomo de oxigeno formando el grupo carbonilo. Si el grupo carbonilo esta al final de la cadena es una ALDOSA, si esta en cualquier otra posicion es una CETOSA.

MONOSACÁRIDOS � � � Son los azucares mas sencillos: una sola unidad de aldehido o cetona con 2 o mas grupos hidroxilos = azucares simples. No se pueden hidrolizar. Mas abundante es la dextrosa: D-glucosa de 6 carbonos. Los mas abundantes tienen 5 o 6 carbonos (pentosas y hexosas) y tienden a ser ciclicos en solucion acuosa. Hay varios tipos según el numero de carbonos: 1. Triosas (3 carbonos) Tetrosas (4 carbonos) 2.

MONOSACÁRIDOS � Glucosa C 6 H 12 O 6 • Hexosa • Aldosa • Miel, Frutas Moléculas de D- y L-glucosa • Industrialmente suero dextrosa • Aporte energético 3, 7 Kcal

(Grupo cabonilo)

Gu MONOSACARIDOS POR ESTEREOISOMERIA �Estereoisomería: Arreglo en el espacio de las moléculas: Dos compuestos presentan la misma formula molecular pero la disposición espacial de los grupos H y OH son diferentes. Ej: glucosa y fructosa (C 6 H 12 O 6 ). (Estereoisómeros) �Estereoisómeros caracteristicas: �El mismo orden y tipos de enlaces �Diferentes arreglos espaciales H: Hidrogeno, OH: Grupo Hidroxilo �Diferentes propiedades

Los estereoisomeros de los monosacáridos son:

Evaluación parcial 1. Grafique la formula química de grupo funcional de un carbonilo tipo cetona 2. Grafique la formula del grupo Sulfidrilo 3. Que es un enantiomero 4. Que es un catalizador 5. Que es la solvatación 6. Que es un quimiotrofo 7. 8. 9. 10. Diga una molécula o sustancia anfipatica Cual es el punto de ebullición del agua; Enumere un compuesto hidrofobico; Cual es el nombre del profesor de Bioquímica;

Autoevaluación parcial 1. Grafique la formula química de grupo funcional de un carbonilo tipo cetona 2. Grafique la formula del grupo Sulfidrilo 3. Que es un enantiomero 4. Que es un catalizador Sustancia que incrementa la velocidad de una sustancia química pero que no es modificada de manera permanente por la reacción 5. Que es la solvatación: Agrupamiento de molécula de disolvente alrededor de una partícula de soluto 6. Que es un quimiotrofo oxidan combustibles, transfiriendo electrones hacia buenos aceptores: orgánicos, inorgánicos u oxigeno molecular. 7. Diga una molécula o sustancia anfipatica Proteínas, pigmentos, vitaminas, esteroles y fosfolipidos de las membranas tienen regiones polares y no polares 8. Cual es el punto de ebullición del agua; 1 hasta 99 grados centígrados 9. Enumere un compuesto hidrofobico; Ceras, grasas 10. Cual es el nombre del profesor de Bioquímica; Alejandro Alvarez Gonzalez

CATALISIS DE MONOSACARIDOS 22 febrero: 1 21 marzo Examenes BQ 111 20 abril: 3 25 abril reposición 28 abril recuperación

CATALISIS DE MONOSACARIDOS Por oxidación: Derivados de Monosacáridos Por reducción: Desoxiderivados Aminoderivados Esteres fosfato

Derivados de los monosacáridos 1 ÁCIDOS ALDONICOS -El grupo aldehído se oxida a carboxilo. Ejm. ácido glucónico -Oxidación suave de una aldosa con Cu (II) [sln Fehling]. - Precipitado rojo (Cu 2 O) prueba de detección de azúcar. -Con el ion Ag+ como oxidante y su reducción plata metálica. (espejo) 2 LACTON AS - Esteres intramoleculares de (1) - Los ácidos aldónicos libres están en equilibrio con las lactonas en disolución - Ejm: 6 fosfoglucolactona. - Otra lactona modificada es el acido Lascórbico (Vit C). 3 ÁCIDOS URONICOS -Catalizada por enzimas - Ejm: acido glucuronico importante en las reacciones de detoxificacion y componente de polisacáridos naturales POR OXIDACIÓN REACCIÓN QUÍMICA EN LA QUE UNO O MÁS ELECTRONES SE TRANSFIEREN A OTRO REACTIVOS

REDUCCIÓN • Reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o un ion gana electrones. • Implica la disminución de su estado de oxidación. • Este proceso es contrario al de oxidación.

REACCION REDOX OXIDACION-REDUCCION • Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. .

DESOXIDERIVADOS • La sustitución de un OH alcohólico por un H da lugar a los desoxiderivados

Aminoderivados Dos derivados de azucares simples se encuentran en muchos polisacáridos naturales: - β-D-glucosamina - β-Dgalactosamina Modificaciones -β-D-N acetilglucosamina - Acido muramico - Acido Nacetilmuramico - β-D-Nacetilgalactosamina La sustitución de un grupo OH de los monosacáridos por un grupo amino (NH 2) da lugar a los aminoderivados. Se encuentran en oligosacaridos y polisacáridos complejos Ácidos siálicos: ácido Nacetil neuramínico (NANA), compuesto aislado del tejido nervioso.

introduce un grupo fuertemente electronegativo en una molécula que normalmente no posee carga eléctrica: POR GRUPO OH Estos ésteres fosfóricos son las formas en que el metabolismo celular maneja los monosacáridos

GLUCOSIDOS � � � - Se forman por eliminación de una molécula de agua entre el hidroxilo anomérico de un monosacárido cíclico y el OH de otro compuesto (O-glucósido) Muchos se encuentran en tejidos animales y vegetales Algunos son tóxicos: actúan como inhibidores de las enzimas que participan en la utilización del ATP. Ejm: Ouabaina: inhibe la acción de las enzimas que bombean Amigdalina: semillas de amarga produce cianuro los iones Na almendras s, de H y K (HCN) por hidrólisis. -

OLIGOSACARIDOS DEFINICION: Son polimeros cortos formados por varios monosacaridos medio de unidos por enlaces glucosidicos. �Surgen por de 2 – condensación 10 monosacáridos, �Disacáridos: unión de dos monosacáridos (+ sencillos y de > importancia biológica)

ENLACE GLUCOSIDICO Enlace glucosidico: cuando un grupo OH de un azúcar u otro compuesto que no es azúcar reacciona con el carbono azúca Est anomérico de un a esun reacció decondensaci co liberación agua. r. a n ón n de

DISACARIDOS Consisten en dos monosacaridos unidos por un enlace covalente Oglucosidico formado cuando el grupo hidroxilo de un azucar reacciona con el carbono anomerico de otro.

FUNCIONES DE LOS OLIGOSACARIDOS: COMO MARCADORES CELULARES Células marcadas en sus superficies. � Permite interactuar con otras células y moléculas � Reconocimiento de lo propio (inmunologia) Deben estar unidos a proteínas de manera especifica. Lectinas: proteínas de fijación de las bacterias al glucocaliz del epitelio intestinal

La unión especifica de lectinas a los grupos oligosacaridos de las moléculas de glucoconjugados. a) Interacciones célula (rodar de leucocitos) b) Infecciones celulares por bacterias c) Infecciones celulares por virus d) Unión de toxinas a las células (cólera)

POLISACARIDOS DEFINICION: Son polímeros de monosacáridos fusionados por enlaces glucosídicos desde 10 hasta miles de unidades, con pesos moleculares medianos y altos. También son llamados GLICANOS. • Longitud de sus cadenas larga Propiedades: • Mayor grado de ramificacion. • No tienen un número fijo de monosacáridos. Según la función biológica que desempeñan • hay dos grandes grupos de polisacáridos: 1. De reserva o almacenamiento 2. Estructurales

POLISACÁRIDOS Según las Monosacáridos se clsifica en: unidades de �Homopolisacáridos: solo de un tipo monosacarido (ej: solo glucosa =Glucano s) �Almidón �Glucógeno �Celulosa �Quitina �Heteropolisacáridos: cuando participan dos o mas tipos de

POLISACÁRIDOS DE RESERVA O ALMACENAMIENTO �Son aquellos polímeros que los organismos sintetizan, almacenan y posteriormente degradan, para usar las unidades monosacáridos como combustible metabólico o prim par ya sea materia a a sintetizar otras moléculas. �Los principales son: - Amilosa y amilopectina (almidón) - Glucógeno

Polisacáridos de almacenamiento ALMIDÓN � El almidón es la fuente mas importante de carbohidratos. � � Es importante en nutrición humana. Las enzimas que hidrolizan los almidones se conocen como amilasas y . El Amilosa: en un 15 – 20 %, enlaces 1 – 4. almidón esta favorece ramificaciones conformación helicoidal constituido por: Amilopectina: en un 80 – 85 %, cadena ramificada tiene de 20 – 30 residuos de glucosa que están unidos por 1 – 4 en las cadenas y cuando se ramifican los enlaces son 1 – 6.

Polisacáridos de almacenamiento AMILOPECTINA

Polisacáridos de almacenamiento GLUCÓGENO � � � Almacenamiento de energía en los animales Almacenado en el hígado y músculo como gránulos Similar a amilopectina Posee muchos extremos reductores: permite la rápida movilización de Glucosa

POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES Son aquellos que los organismos sintetizan para incorporarlos en la infraestructura física organelos, y intercelulares. - de los espacios (formación de tejidos). �La celulosa �La quitina de los artrópodos) (exoesqueleto dey los � los tejidos Glucosaminoglican os conectivos animales.

Polisacáridos estructurales CELULOSA � Plantas leñosas y fibrosas � Polímero mas abundante de la biosfera � Polímero lineal de D-glucosa unidas por enlace β 1→ 4. � Sus fibrilla presentan una gran resistencia 1→ 4 mecánica. ) - Rumiantes (vacas): bacterias simbióticas que � Las enzimas animales no pueden hidrolizar la producen las celulosa (β celulasas necesarias - Termitas: protozoos capaces de digerirla paredes celulares de plantas: Xilanos, glucomananos y otros polisacáridos (HEMICELULOSA)

Polisacáridos estructurales QUITINA � � � - Forma parte del caparazón, defiende a insectos, crustáceos, moluscos y otros seres vivos de su contacto con lo externo. Es el segundo polímero más abundante en el Quitosan: "imán capaz planeta bioquímico", de detectar sustancias nocivas. Industria alimenticia Cosmética http: //www. invdes. com. mx/anteri Papelería ores/N

HIDRATOS DE CARBONO COMPLEJOS 1 GLUCOSAMINOGLICANOS. 2 PEPTIDOGLICANO Polisacárido de la pared celular bacteriana 3 GLUCOPROTEINAS 4 GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS

1. • GLUCOSAMINOGLUCANOS DEFINICION: Son polímeros lineales de unidades repetidas de disacáridos (heteropolisacaridos extracelulares) FUNCIONES: Importancia estructural en vertebrados es proveer: viscosida d � adhesivid a la matriz � ad extracelular � Atraen grandes volúmenes de fuerza agua. Presente; Tejido conectivo, epitelial y óseo y tensil � Medio intercelular

GLUCOSAMINOGLICANOS Condroitín sulfato Dermatán sulfato Acido hialurónico Componente del cartílago Queratán sulfato Heparina Se encuentra en la cornea, el cartílago y los discos invertebrales La [ ] ↑ durante el proceso del envejecimiento GAG mas abundante en el humor vítreo del ojo y liquido sinovial de las articulacion es Cordón umbilical Agente que la viscosidad o como agente lubricante Capacidad de retener el agua en un porcentaje equivalente a miles de veces su peso (cosmética) Actividad anticoagulante. Se encuentra en los mastocitos

GLUCOSAMINOGLUCANOS FUNCIONES NO ESTRUCTURALES Heparina: GAG muy sulfatado, Anticoagulante natural de - Se une a la antiprotombina III: inhibe las la enzimas coagulación - Se utiliza como fármaco

GLUCOSAMINOGLUCANOS 2. • COMPLEJO PROTEOGLUCANO DEFINICION: Son glicoconjugados con una proteina central unida covalentemente por enlaces –O y -N a un glicano grande (CS(condroitin sulfato), HS (heparin sulfato) o QS (queratin sulfato)

GLUCOSAMINOGLUCANOS 2. • COMPLEJO PROTEOGLUCANO FUNCIONES: : � Mantener juntos los componentes proteicos de la piel y del tejido conjuntivo: . Complejo proteína-hidrato de carbono (5/95%) y Predominan en la matriz extracelular de los tejidos � - Proporciona soporte y elasticidad al cartílago: Una molécula larga de acido hialuronico Se une al colágeno y ayuda a mantener las fibras en una red firme y resistente

GLUCOSAMINOGLUCANOS 2. • COMPLEJO PROTEOGLUCANO FUNCIONE S: � Unidas al exterior de la membrana plasmatica por un pepetido transmembranoso o un lipido covalentemente unido proveen puntos de adhesion, reconocimiento y de transferencia de informacion entre las celulas y la matriz extracelular.

GLUCOSAMINOGLUCANOS MUCOPOLISACARIDOSIS �Son errores innatos del metabolismo de los glucosaminoglicanos producidos por la acumulación progresiva de estas macromoléculas en los lisosomas a consecuencia de la deficiencia de las enzimas responsables de su degradación dentro de estos organelos. �Ejm: Sd de Hurler: enfermedad autosómica recesiva, se produce una acumulación de Dermatán Sulfato

http: //www. maroteaux-lamy. com/Espanol/images/HCP/MPSPho. Life. Expect. jpg GLUCOSAMINOGLUCANOS MUCOPOLISACARIDOSIS http: //www. maroteaux-lamy. com/Espanol/images/HCP/MPSPho. Life. Expect. jpg La mucopolisacaridosis tipo I o síndrome de Hurler, conocida también por las siglas MPS I, es una enfermedad congénita que esta causada por el déficit de una enzima, la alfa-L-iduronidasa,

3. • GLICOPROTEINAS DEFINICION: Las glicoproteinas son conjugados de proteinas y carbohidratos en la que los oligosacaridos (covalentemente unidos) son mas pequeños pero estructuralmente mas complejos que los glucosaminoglicanos de los proteoglicanos (por tanto son mas ricos en informacion)

3. • GLICOPROTEINAS : FUNCIONES: � Son parte de la superficie celular � Son proteinas extracelulares � Son proteinas secretadas � Los oligosacaridos unidos a la molecula: • Determinan la capacidad de doblamiento y estabilidad de las proteínas • Proveen información critica acerca del blanco de las proteínas recién sintetizadas • Permiten el reconocimiento especifico por parte de otras proteínas

3. • GLICOPROTEINAS Fx CH: Protegen a las proteínas de la desnaturalización y proteolisis. FUNCIÓ N Estructural Interacción célula y adhesión celular Enzimatica GLUCOPROTEI NA Colagenas, elastina, fibrinas Fibronectina, laminina, colagenas Ribonucleasa B, protombina, proteasas, glucosidasas Hormonal Tiroglobulina, eritropoyetina, gonadotropinas, tirotropin Transportadoras Inmunitaria Ceruloplasmina, transferrina Lubricante y protectora Interacción célula- Igs, sistema de complemento, interferon, grupos sanguíneos, antigenos de Mucinas histocompatibilidad gp 120 (VIH) se une al receptor CD 4 (humano)

GLICOPROTEINAS Las cadenas de sacáridos (glucanos) pueden ligarse a las proteínas de dos formas: Se unen mediante un enlace glucosidico O- entre la Nacetil galactosamina y el grupo –OH de un residuo de treonina o serina. Con enlace –N Se unen a través de la N-acetilglucosamina o de la N- acetilgalactosamina por medio de enlaces con la asparagina; • Igs: reconocimiento • Marcaje intracelular en Con enlace -O • colágeno: hidroxilisina o hidroxiprolina -Peces del antártico: proteína anticongelante -() -Mucinas: aumentan la viscosidad de los líquidos -Ag de los grupos sanguíneos: identificación celular y molecular

EJ: • ANTÍGENOS DE LOS GRUPOS SANGUÍNEOS Los oligosacáridos determinan los tipos de grupos sanguíneos en el ser humano �Sistema ABO �Todos los seres humanos producen el sacárido del grupo O. �El ser humano produce anticuerpos contra los Ag A y B pero los del grupo O no son antigénicos Ag del grupo sanguíneo AB O

4. • GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS DEFINICION: Son componentes de las membranas plasmaticas con cadenas de oligosacaridos unidas covalentemente quedan expuestas en la superficie externa de las celulas. Son la caracteristica dominante de la membrana externa de bacterias gram negativo como Escherichia coli y Salmonella typhimurium.

4. • GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS FUNCIONES: �Son blanco principal de anticuerpos secretados por el sistema inmune de los vertebrados en respuesta a la infeccion bacteriana �Son importantes determinantes de los serotipos de las cepas bacterianas (serotipos: cepas clasificadas en base a sus propiedades antigenicas)

4. • GLICOLIPIDOS Y LIPOPOLISACARIDOS FUNCIONES: �Mecanismos de patogenicidad en bacterias: pueden ser toxicas para el humano, Ejemplo: responsables del sindrome de shock toxico causado por infecciones causadas por bacterias gram negativo.

Gram (+): POLISACÁRIDOS en la pared celular de D LA CELULA BACTERIA bacteria E PARED R NA - Complejo péptido polisacárido de muchas capas (peptidoglucano) - Por fuera de la membrana celular Staphilococcus aureus Causa Estomatitis, Gingivitis, Amigdalitis, Faringitis

POLISACÁRID DE LA OS PARED CELULAR BACTERIANA Gram (-) - Una sola capa - Cubierto por la membrana celular lipidica Imagen microscópica de una bacteria Gram Negativa Pseudomonas aeruginosa (los puntos rosas-rojos).