GLCIDOS 1 DEFINICION QUIMICA DE LOS GLUCIDOS Se

GLÚCIDOS 1

DEFINICION QUIMICA DE LOS GLUCIDOS Se incluyen en el concepto de Glúcidos a los Polisacáridos, Oligosacáridos, Disacáridos y Monosacáridos. Generalmente llamados Hidratos de carbono debido a que los monosacáridos en su mínima estructura química, responden a la fórmula: Cn(H 2 O)n dando origen al nombre Hidratos de Carbono, siendo la glucosa el ejemplo típico. Los glúcidos son los compuestos más abundantes de la naturaleza. 2

Funciones: Almacenamiento y obtención de energía (almidón y glucógeno) Formación de estructuras (celulosa, péptidoglucano y quitina) Comunicación celular (glucoproteínas y glucolípidos de las membranas celulares): Definiendo los grupos sanguíneos Adhesión celular Reconocimiento celular en tejidos Función inmunológica en reacciones antígeno – anticuerpo Reacciones enzima - sustrato, droga - receptor Receptores hormonales. Se encuentran ampliamente distribuidos en tejidos animales, disueltos en los humores orgánicos y formando parte de estructuras complejas. 3

FUNCIONES DE LOS GLÚCIDOS Combustible y almacenamiento de energía Componentes de los ácidos nucleicos Paredes celulares de bacterias Elementos estructurales Paredes celulares de plantas Tejido conectivo Adhesión celular Lubricante 4

La fórmula empírica Cn(H 2 O)n sólo representa a los monosacáridos (monómeros que son constituyentes de los oligo y polisacáridos). Químicamente los monosacáridos son aldehidos o cetonas polihidroxilados. Los disacáridos estan formados por dos monosacáridos unidos por una unión glicosídica (tipo éter) formada por pérdida de una molécula de agua. Los oligosacáridos son estructuras formadas por tres a diez monosacáridos unidos por sendas uniones glicosídicas (tipo éter) formadas por pérdida de moléculas de agua. Los polisacáridos son biopoliméros que estan formados por más de diez monosacáridos, unidos por uniones glicosídicas (poliósidos), formadas por pérdida de agua. 5

CLASES DE GLÚCIDOS Monosacáridos Aldosas y sus derivados Cetosas y derivados Oligosacáridos: disacáridos, trisacáridos, etc Poliósidos o Polisacáridos (10 o más monosacáridos) Homopolisacárido Heteropolisacárido Reserva Estructural 6

7

MONOSACARIDOS • Son los glúcidos más simples, son solubles en agua y la mayoría tiene sabor dulce • Cadena no ramificada, los carbonos están unidos a grupos hidroxilo y a un grupo carbonilo (aldehido o cetona) • Los átomos de carbono de las osas se numeran de un extremo a otro de la molécula, por su estado de oxidación: • En aldosas el C 1 es el que posee el grupo aldehído • En las cetosas el C 1 es el mas próximo al carbono unido a la cetona que está en el C 2. 8

MONOSACÁRIDOS: 2 funciones para el carbonilo Aldosa Cetosa 9

Clasificación de los monosacáridos 10

11

12

Carbono quiral: asimétricamente sustituido con cuatro sustituyentes distintos. Todos los monosacáridos excepto la dihidroxiacetona, contienen uno o más carbonos quirales. Isomería Isómero: deriva del término griego iso y meros “mismas partes” Son compuestos con la misma fórmula química pero distinta disposición espacial 13

Isómeros estructurales o funcionales moléculas que presentan diferente localización de sus átomos o de su grupo funcional. Isómeros ópticos o estereoisómeros presentan diferente ordenamiento espacial de los átomos, diferente configuración. Se debe romper un enlace covalente para interconvertirse. Los enantiómeros son moléculas cuya imagen especular no es superponible. Se denominan D y L. En la naturaleza sólo un enantiómero es biológicamente activo Isómeros conformacionales presentan diferente conformación. No debe romperse el enlace covalente para cabiar de conformación. 14

15

Epímeros: sólo difieren en la configuración de un carbono asimétrico D-glucosa y D-manosa son epímeros del C 2 D-glucosa y D-galactosa son epímeros del C 4 D - Manosa D - glucosa D - Galactosa Las series D o L indican la posición del sustituyente en el penúltimo átomo de 16 carbono, a la derecha o izquierda respecto a la estructura del grupo carbonilo.

Los monosacáridos en solución acuosa adoptan una configuración ciclada que presenta un nuevo carbono asimétrico denominado anomérico 17

18

El grupo carbonilo forma un enlace covalente con el oxigeno del hidroxilo del carbono 5 Al ciclarse se genera un nuevo carbono asimétrico: carbono anomérico Anómeros: se diferencian por la configuración del carbono anomérico 19

20

Formas anoméricas de la D-glucopiranosa: α y β. Sólo se diferencian en la configuración del carbono anomérico C 1. 21

Anómeros de la D-Glucosa y de la D-Fructosa 22

Los monosacáridos son agentes reductores, pueden oxidarse reduciendo al Fe + 3 y Cu + 2 Se oxida sólo en las estructuras lineales Si el carbono anomérico forma parte de un enlace, la molécula no se puede oxidar y es no reductor 23

24

DISACARIDOS Algunos son edulcorantes naturales, como la sacarosa (origen vegetal) y la lactosa (leche). Otros son el producto de la hidrólisis enzimática de los polisacáridos como la celulosa (celobiosa) o el almidón (maltosa). 25

26

Dos monosacáridos se unen covalentemente mediante enlace O-glicosídico. El grupo OH de un azúcar reacciona con el C anomérico de otro con pérdida de una molécula de agua Extremo reductor 27

Presentes en la leche Azúcares sintetizados por plantas Azúcares no reductores Hemolinfa de insectos 28

LACTOSA 29

SACAROSA 30

POLISACÁRIDOS • Constituyen la mayoría de los glúcidos existentes en la naturaleza • Formados por un elevado número de monosacáridos unidos mediante enlace O-glucosídico, químicamente son poliéteres • El número de monosacáridos y la existencia o no de ramificaciones varía mucho de un compuesto a otro 31

32

POLISACÁRIDOS HOMOGÉNEOS: HOMOPOLISACÁRIDOS Formados por un único tipo de monosacárido: Glucanos, mananos. Funciones de reserva energética: presencia de enlaces α Almidón (vegetales) Glucógeno (animales) Funciones estructurales: presencia de enlaces tipo β Celulosa (vegetales) Quitina (animales) 33

POLISACÁRIDOS HETEROGÉNEOS: HETEROPOLISACÁRIDOS Contienen un número elevado de dos o más tipos distintos de monosacáridos unidos por enlaces O-glicosídicos Algunos son elementos esenciales de la matriz extracelular, donde pueden encontrarse solos o unidos a proteínas También pertenecen a este grupo los componentes de la pared celular bacteriana: peptidoglucanos PEPTIDOGLUCANO: PAREDES BACTERIANAS GLUCOSAMINOGLUCANOS: ESTRUCTURA EN TEJIDOS ANIMALES 34

ALMIDÓN: • reserva energética en las plantas • Se encuentra en forma de gránulos de gran tamaño en el estroma de cloroplastos y de los amiloplastos de todas las celulas vegetales • Compuesto por dos sustancias distintas, ambas polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina Amilosa: 15 – 30% Amilopectina: 70 - 85% 35

AMILOSA • Polímero lineal de unidades de D-glucosa unidas por enlaces O-glucosídicos α 1 -4 • Tienen una longitud variable: 200 a 3000 glucosas • Tiene un extremo reductor y el resto es no reductor • Es muy poco soluble en agua, forma micelas en las que adopta una conformación helicoidal • Regiones hidrofóbicas en el interior donde se aloja el yodo. Color azul con reactivo yodo-ioduro (Lugol) 36

AMILOPECTINA • polímero de D-glucosa altamente ramificado • Enlaces α(1 -4) con puntos de ramificacion α(1 -6) • Ramificaciones cada 12 a 30 residuos de glucosa • El tamaño medio de una rama es de 30 residuos • Tiene un extremo reductor y un gran numero de extremos no reductores. Fácil liberación • Con Lugol da color rojizo 37

• El almidón es una fuente esencial de alimento para el hombre. • Es un biopolímero que, por su tamaño, no puede ingresar a las células. • Para que pueda ser absorbido como glucosa por el intestino debe ser digerido por enzimas del tracto digestivo • Actúan las α amilasas: salival y pancreática que hidrolizan los enlaces α (1 -4) internos 38

ALMIDÓN Amilosa Amilopectina 39

AMILOSA 40

AMILOPECTINA 41

GLUCÓGENO • Es el polisacárido de reserva importante en las células animales energética más • 4% del hígado y 1% de la masa muscular esquelética contienen glucógeno • En el citosol se encuentran en forma de gránulos de tamaño variable los cuales contienen las enzimas que catalizan su síntesis y degradación • Es esencial para mantener los niveles de glucosa 42

• Polímero ramificado de D-glucosa • Cadenas con enlaces O-glucosídicos α (1 -4) con ramificaciones mediante enlaces α (1 -6) cada 8 -12 residuos de glucosa • Es más ramificado y compacto que la amilopectina • Formado por 30. 000 unidades de glucosa • Un extremo reductor y muchos no reductores sobre los que actúan las enzimas del tracto digestivo que lo hidrolizan hasta glucosa 43

GLUCÓGENO: POLISACÁRIDOS DE RESERVA ANIMAL 44

45

46

CELULOSA Es el polisacárido estructural de las plantas y es el compuesto orgánico mas abundante de la biosfera. Se encuentra en las paredes celulares de casi todas las plantas, proporcionando estructura física y fuerza. Constituye la madera de los árboles y forma las fibras del algodón Estructura de la Pared Celular En la pared celular, la celulosa se encuentra junto a compuestos como la Hemicelulosa, Pectina y Extensina 47

• Homopolímero lineal de D-glucosa unidas por enlaces β (1 -4) • La configuración β permite formar cadenas muy largas y rectas con puentes hidrógeno intracatenarios entre el O de la piranosa y el OH del C 3 del siguiente • Las cadenas se disponen paralelas por medio de enlaces puente hidrógeno intercatenario formando hojas planas que se disponen en forma escalonada 48

CELULOSA 49

50

No puede ser digerida por las enzimas del tracto digestivo de los mamíferos ya que éstas no pueden hidrolizar los enlaces β glucosídicos Por ello no puede utilizarse para obtenergía Para el hombre es la fibra no digerible necesaria para un buen tránsito intestinal Los rumiantes tienen enzimas celulasas que pueden hidrolizar los enlaces β 1 -4 liberando glucosa como alimento 51

QUITINA Similar a la celulosa por su función y estructura Forma parte de la pared celular de hongos, algas Fundamental en el exoesqueleto de insectos, crustáceos, como matriz para la mineralización En la industria: obtención de quitosano, con aplicación en el campo farmacéutico Constituída por la unión de unidades de N-acetilglucosamina mediante enlaces O-glucosídicos β (1 -4) que forman cadenas rígidas 52

QUITINA 53

CUBIERTAS CELULARES BACTERIANAS Las bacterias (tanto las GRAM + como las GRAM - ) poseen paredes celulares rígidas que protegen su contenido celular, mantienen su forma e impiden que se hinchen o se contraigan en la solución osmótica donde se encuentran. El polisacárido de las paredes bacterianas se denomina peptidoglucano. Como es un polisacárido estructural esta formado por uniones de tipo β 1– 4 La enzima Lisozima hidroliza el enlace glicosídico β 1– 4 Penicilinas y otros ATB destruyen las bacterias al impedir el entrecruzamiento lo que deja la pared celular débil para resistir a la lisis osmótica 54

PARED CELULAR (PEPTIDOGLUCANO) MEMBRANA PLASMATICA CITOPLASMA 55

PEPTIDOGLUCANO Heteropolisacárido estructural formado por N-acetil-D-glucosamina y N-acetil-Murámico unidos de forma alternada por enlaces β (1 -4) Posee una estructura entrecruzada contínua dispuesta alrededor de la célula Las cadenas poliméricas lineales están dispuestas paralelamente unas a otras y entrecruzadas mediante péptidos cortos cuya estructura exacta depende de la especie bacteriana. Los entrecruzamientos peptídicos sueldan entre sí las cadenas de polisacárido y forman una envoltura resistente que rodea toda la célula. Entrecruzadas mediante pequeños péptidos Gram + tienen cadena de pentaglicina en el entrecruzamiento Gram – no poseen cadena de pentaglicina 56

57

58

ACIDO N-ACETIL MURAMICO N-ACETIL GLUCOSAMINA CADENA PEPTIDICA PUENTE DE PENTAGLICINAS 59

MUCOPOLISACÁRIDOS ACIDOS (GLUCOSAMINOGLUCANOS polisácaridos estructurales de los tejidos animales) Son heterogéneos, lineales, formados por condensación de un gran número de unidades disacáridas Disacárido: N-acetil-glucosamina o N-acetil-galactosamina y un ácido glucurónico Son de elevado carácter ácido Función estructural Componentes de la matriz extracelular de los tejidos junto con el colágeno y elastina 60

61

62

ACIDO HIALURÓNICO • Forma parte de la matriz extracelular del tejido conjuntivo: cartílagos y tendones • aporta resistencia a la tensión y elasticidad • Fija agua y forma disoluciones transparentes y viscosas que sirve de lubricante y ocupa gran volumen • En el líquido sinovial de las articulaciones como lubricante • En el humor vítreo del ojo aumenta viscosidad • La enzima hialuronidasa secretada por algunas bacterias patógenas hidroliza los enlaces glucosídicos del hialuronato haciendo los tejidos mas susceptibles a infecciones 63

• Formado por unas 25. 000 a 50. 000 unidades del disacárido: ácido D-glucurónico unido por enlace O-glucosídico β (1 -3) a una molécula de N-acetil-D-glucosamina • Los disacáridos estan unidos mediante enlaces O-glucosídico β (1 -4) 64

Condroitín 4 - sulfato o sulfato de condroitina Contribuye a la resistencia a la tensión en cartílagos, tendones, ligamentos y paredes de la aorta. 65

HEPARINA • Mucopolisacárido con funciones de secreción, no estructurales • Anticoagulante natural producido en los mastocitos (un tipo de linfocitos) y liberado en la sangre que impide la coagulación de la sangre • Tiene la densidad de carga negativa mas elevada entre todas las macromoleculas biologicas • Abundante en todos los tejidos: hígado, pulmón y músculo. 66

Su unidad disacárida está formada por: ácido D-glucurónico-2 sulfato unido por enlace O-glucosídico β (1 -4) a N-sulfo D-glucosamina 6 sulfato. La unión entre las unidades de disacárido es α(1 -4). 67

GLUCOCONJUGADOS: proteoglucanos, glucoproteínas y glucolípidos • Transportadores de información • Etiquetas de destino de algunas proteínas • Mediadores de las interacciones específicas intercelulares y entre las células y la matriz extracelular • Son moléculas que contienen glúcidos específicos y actúan en el reconocimiento y la adhesión intercelular • coagulación sanguínea • respuesta inmunitaria • cicatrización de las heridas 68

Proteoglucanos Constituídos por una proteína núcleo a la que se unen covalentemente uno o más Glucosaminoglucanos (GAG) La unión se realiza a través de un enlace o-glucosídico a una secuencia fija de la proteína. Combina la rigidez de las proteínas fibrosas y la alta hidratación dada por los GAG, dandole al tejido flexibilidad que resiste la torsión y el choque. 69

Glucoproteínas Poseen oligosacáridos unidos covalentemente a un determinado Aa de la proteína. Pueden tener enlaces O-glucosídicos o N-glucosídicos. La rica variedad de monosacáridos hace que la estructura que adopte este oligosacárido contenga una gran información Se encuentran en el lado externo de la membrana plasmática En la matriz extracelular Sangre Dentro de la célula: complejos de Golgi, lisosomas Forman sitios muy específicos para el reconocimiento y la unión de elevada afinidad a proteínas. Desencadenan respuestas fisiológicas tan variadas como respiestas inflamatorias, señales de diferenciación celular etc. 70

71

El glúcido se une por su carbono anomérico mediante enlace Oglicosídico con el –OH de un residuo de Ser o Thr o mediante enlace N-glicosídico con el –N amídico de un residuo Asn. Una de las glucoproteínas de membrana más caracterizada es la glucoforina A de la membrana de los eritrocitos Muchas de las proteínas secretadas por las células eucariotas son glucoproteínas: Inmunoglobulinas (anticuerpos) Hormonas: FSH , LH , TSH Las agrupaciones de glúcidos muy hidrofílicos modifican la polaridad y la solubilidad de las proteínas con las que están conjugados Pueden influir en la secuencia de sucesos del plegamiento polipeptidico que determina la estructura terciaria de la proteína. 72

Los oligosacáridos pueden ser reconocidos como antígenos específicos, siendo marcadores inmunoquímicos de gran importancia (antígenos de los grupos sanguíneos) 73

74

GRUPOS SANGUINEOS La superficie de glóbulos rojos y de otras células poseen glicoproteínas y glicolípidos que actúan como antígenos. Según la composición de los oligosacáridos en estas moléculas, es posible clasificar a los indivíduos en una población en cuatro grupos: 0, A, B y AB. 75

76

77

Glucolípidos Gangliósidos son lípidos de membrana de las células eucarióticas cuya cabeza polar es un oligosacárido complejo 78

LECTINAS Presentes en todos los organismos Son proteinas que se unen a los glúcidos con una elevada afinidad y especificidad. Reconocimiento intercelular Señalización y adhesión Destino intracelular de proteínas recién sintetizadas Algunas hormonas peptídicas poseen oligosacáridos en su estructura que son reconocidos por una lectina (receptor) en los hepatocitos. 79