4. fundamentos de bioquímica ii (carbohidratos)
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FUNDAMENTOS DE BIOTECNOLOGA SIA 3007815-1FUNDAMENTOS DE BIOQUMICA Parte II
CarbohidratosQumicamente se definen como poli-hidroxi-aldehidos o poli-hidroxi-cetonas. Son hidratos de carbono y por lo tanto contienen C, H y O. Algunas molculas con N y S se consideran tambin carbohidratos.
polihidroxialdehido y polihidroxicetona
El enlace glicosdico se da por la reaccin de dos grupos OH liberando agua.
CarbohidratosSus funciones biolgicas:Importantes en el metabolismo energtico Bloques de construccin de pared celular Estructura en RNA y DNA (Desoxi/Ribosa) Con protenas y lpidos participan en sistemas de proteccin de las clulas
Carbohidratos
Particularidades de los Carbohidratos60-90% del peso seco de las plantas 80% del aporte calrico a seres humanos Plantas producen carbohidratos a partir de CO2 Son fuente de carbono y energa para microorganismoshttp://www.cartoonstock.com/lowres/vsh0236l.jpg
Algunos carbohidratos importantesRibosa y Desoxiribosa, participan en los cidos nucleicos como estructura Son azucares de 5 carbonos (pentosas) Se conocen como Monosacridos (una sola molcula de azcar)
Carbohidratos
Carbohidratos
Algunos carbohidratos importantesGlucosa y fructosa, participan en estructura y como fuente de energa Son azucares de 6 carbonos (hexosas) Son tambin Monosacridos (una sola molcula de azcar)
Carbohidratos
MonosacridosUna sola unidad de polihidroxialdehdo o polihidroxicetona Segn el nmero de carbonos pueden ser: Triosas, Tetrosas, Pentosas, Hexosas, Heptosas, Segn grupo funcional pueden ser: Aldosa Aldehido Cetosa Cetona Usualmente se encuentran en la naturaleza como polisacridos
Carbohidratos
PolisacridosLos azucares simples pueden unirse con otras unidades de azcar para producir cadenas de dos o ms unidades. Se unen mediante enlaces Glicosdicos
Formacin de enlaces glucosdicos (video)
Carbohidratos
PolisacridosDependiendo del nmero de unidades de azcar que se unan se obtienen:
Disacridos : Trisacridos: Oligosacridos: Polisacridos:
2 unidades 3 unidades n unidades n10
Academic.brooklyn.cuny.edu//page/starch.html
CarbohidratosPolisacridos: Almidn Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces a-1,4 Reservas de carbono y energa en bacterias y plantas
Almidn (Amilopectina)Almidn (Amilosa)Academic.brooklyn.cuny.edu//page/starch.html
CarbohidratosPolisacridos: Glucgeno
Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces a-1,4 y a-1,6 Reservas de carbono y energa en animales
CarbohidratosPolisacridos: celulosa Unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces b-1,4 Material rgido que le da estructura a plantas
http://www.msm.cam.ac.uk/doitpoms/tlplib/wood/figures/cellulose.png
CarbohidratosPolisacridos
Homopolisacrido: misma unidad de azcar Heteropolisacrido: diferentes unidades de azcar (cido hialurnico) Son compuestos amorfos, insolubles, inspidos y de alto peso molecularhttp://www.germes-online.com/direct/dbimage/50282938/Potato_Starch.jpg
Carbohidratos
Estructura cclica de carbohidratos http://www.stolaf.edu/people/giannini/flas hanimat/carbohydrates/glucose.swf
CarbohidratosAlgunas reacciones
Formacin de disacridosSi a un hemiacetal se le adiciona otro alcohol y ese alcohol es un monosacrido, entonces se forma un disacrido unido por un enlace glicosdico
http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosaccharides.htm
CarbohidratosAzucares reductores Azucares que forman un aldehdo en su carbono 1 o tienen un grupo ahidroximetilcetona que se puede hidrolizar en medio bsico (fructosa) se denominan Azucares reductores
http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosaccharides.htm
CarbohidratosAzucares reductores Azucares que forman un aldehdo en su carbono 1 o tienen un grupo ahidroximetilcetona que se puede hidrolizar en medio bsico (fructosa) se denominan Azucares reductores
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CarbohidratosEstructura y propiedades de algunos monosacridos y sus derivados Gliceraldehdo y Dihidroxiacetona
Se encuentran en clulas vegetales y animales, participan en metabolismo de carbohidratos
http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosaccharides.htm
CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunosCHO H C OH H C OH H C OH CH2OH D(-)-ribosa CHO HCH H C OH H C OH CH2OH D(-)-2-desoxirribosa
Ribosa y deoxiribosa Se encuentran en los cidos nucleicos en forma furanosa La D-ribosa tambin es un intermediario en la ruta metablica de los carbohidratos y un compuesto de algunas coenzimas (ATP, NAD,NADP).
CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunos
Xilulosa y Ribulosa Participan en la sntesis de carbohidratos en la fotosntesis Los steres de fosfatos son las formas metablicamente activas
CH2OH C=O HO C H H C OH CH2OH D-xilulosa
CH2OH C=O H C OH H C OH CH2OH D-ribulosa
CarbohidratosEstructura y propiedades de monosacridos y sus derivados algunos
Estos azucares son los ms abundantes y participan activamente en el metabolismo celular La fructosa es la nica cetohexosa presente en la naturaleza Junto con estos son tambin importantes: Ramnosa y fucosa
CarbohidratosEstructura y propiedades de algunos monosacridos y sus derivados D-glucosamina y D-galatosamina
Son aminoazucares y se encuentran en tejidos como polisacrido estructuralComponente de glucolpidos y glucoprotenas
CHO H C NH2 HO C H H C OH H C OH CH2OH D-glucosamina
CHO H C NH2 HO C H HO C H H C OH CH2OH D-galactosamina
CarbohidratosMaltosa, celobiosa, isomaltosa, trealosa Usualmente se obtienen de la hidrlisis de polisacridos. La hidrlisis cida o enzimtica rinden 2 molculas de glucosa La diferencia radica bsicamente en el tipo de enlace que presentan
CarbohidratosLactosa Se encuentra naturalmente en la leche. Su hidrlisis produce 1 molcula de D-glucosa y una de D-galactosa. Presenta un enlace b1,4 Es un azcar reductor
CarbohidratosSacarosa Es el azcar comn, muy abundante. Su hidrlisis cida o enzimtica produce 1 mol de D-glucosa y 1 mol de Dfructosa Presenta un enlace a1,2 que lo hace un azcar no reductor
CarbohidratosOtros polisacridos importantes A parte del almidn, el glucgeno y la celulosa se encuentran en la naturaleza: Hemicelulosa: Formado por pentosas (D-xilosa) y (arabinosa) con enlaces b1,4 Pectina: Formado por A. D-galacturnico, arabinosa y galactosa
CarbohidratosOtros polisacridos importantes A.hialurnico: Formado por cido D-glucurnico y N-acetil-glucosamina
Cubierta viscosa y delgada en las clulas Enlaces b1,3 y b1,4 Presente en clulas animales y bacterias
CarbohidratosOtros polisacridos importantes Quitina: Formado por N-acetil-D-glucosamina
Homopolmero lineal que Presenta enlaces b1,4Presente en caparazn de Crustaceos, epidermis de Insectos. Tambin en levaduras, algas y hongos
CarbohidratosOtros polisacridos importantes Peptidoglicano: Formado por N-acetil-D-glucosamina y A. N-acetil-murmico Heteropolmero lineal que presenta enlaces b1,4 Hacen parte de la pared bacteriana, resistentes al ataque de enzimas, excepto lisozimas
CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Enolizacin: Bases diluidas inducen reordenaciones sobre el carbono anomrico
CarbohidratosAlgunas propiedades monosacridos de los
Deshidratacin: Usualmente los monosacridos son estables en un medio de cido mineral diluido, aun cuando se eleva su temperatura. Cuando las con cidos deshidratan hidroximetil furfural aldohexosas se calientan de minerales fuertes, se y se transforman en furfural, las pentosas en
CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Oxidacin-Reduccin: Algunos azcares actan como reductores debido a que en su molcula estn presentes radicales aldehdicos o cetnicos, ya sean libres o
potencialmente libres como en las formas hemiacetlicas cclicas
Tienen capacidad para reducir iones metlicos (Cu++ y Ag+) en solucin alcalina. La oxidacin de carbohidratos tambin puede ser enzimtica
CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Oxidacin-Reduccin: El azcar se oxida al cido mientras que los metales o el NADP+ se reducen
CarbohidratosAlgunas propiedades de los monosacridos Reduccin de monosacridos: Las funciones aldehdicas o cetnicas de los monosacridos se pueden reducir qumicamente (con H2 o NaBH4) o con enzimas, dando lugar a los alcoholes de azcar correspondientes. D-glucosa, D-manosa, D-xilosa y el D-gliceraldehdo se reducen a Dsorbitol, D-manitol, D-xilitol y glicerina, respectivamente
Carbohidratos Algunas propiedades de los monosacridosReduccin de monosacridos:CH2OH H C OH HO C H H C OH H C OH CH2OH D-sorbitol CH2OH HO C H HO C H H C OH H C OH CH2OH D-manitol CH2OH H C OH HO C H H C OH CH2OH CH2OH H C OH CH2OH
D-xilitol
Glicerina
CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de cadena Diferente posicin de los tomos de carbono
Isomerismo
Carbohidratosla
La presencia de ismeros en naturaleza son de gran importancia.
Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de posicin Diferente posicin de grupo sustituyente
n-propanol
iso-propanol
CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Ismeros estructurales Misma frmula molecular, diferente estructura Ismeros de grupo funcional Poseen diferentes grupos funcionaleshttp://www.germes-online.com/direct/dbimage/50282938/Potato_Starch.jpg
n-propanal
propanona
CarbohidratosIsomerismo La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Estereoismeros Misma frmula molecular, misma estructura, diferente configuracin Ismeros geomtricosMisma frmula molecular, dos ismeros (cis trans) cis-2-buteno
trans-2-buteno
Isomerismo
Carbohidratos
La presencia de ismeros en la naturaleza son de gran importancia. Se tienen: Estereoismeros Misma frmula molecular, misma estructura, diferente configuracin Ismeros pticos Poseen tomos de C asimtricos (actividad ptica) Muy comunes en carbohidratos
Ismeros de la alaninahttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/D%2BL-Alanine.gif
CarbohidratosIsmeros pticosHacen girar el plano de la luz polarizada - En sentido de las manecillas del reloj (+) - En sentido contrario (-) Se presenta quiralidad, imgenes especulares Las molculas no se pueden superponer entre s (enantimeros)
Debe existir un tomo de carbono asimtrico (quiral) que tiene cuatro grupos distintos unidos a l
CarbohidratosIsmeros pticosCuando se tiene una mezcla con igual concentracin del enantimero (-) y del enantimero (+) se conoce como Mezcla Racmica o Racemato y no (+)-lactic acid es pticamente activa Ejemplo: cido Lctico Enantimero (+) se encuentra en el msculo La mezcla racmica en la leche cida(+)-lactic acid
()
D-glyceraldehyde()-lactic acid
L-gly
The dashed l
into the scree
bonds coming
D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde http://www.creative-chemistry.org.uk/molecules/optical.htm# Remember
molecules; th
not tell you if
(+)-lactic acid
()-
CarbohidratosIsmeros pticos(+)-lactic acid ()-lactic acid D-glyceraldehyde The dashed
L-glyc
!!Pilas La nomenclatura puede llevar a confusin (+) Dextrgiro,D-glyceraldehyde L-glyceraldehyde hacen girar la luz en sentido de manecillas del reloj (-) Levgiro, hacen girar la luz en sentido contrario de las manecillas (L) Y (D), Analoga con la molcula de Gliceraldehdo (referencia) D o L depende del grupo OH en la molcula
into the scre
bonds comin
Remember not tell you (+) or ().
molecules; t
CarbohidratosIsmeros pticos Ejercicio(+)-lactic acid ()-lactic acid
The
into
bon
Con base en la molcula de Gliceraldehdo, nombre los enantimeros del cido lctico usando la nomenclatura D, L
D-glyceraldehyde
L-glyceraldehyde
Rem not
mol
(+)
CarbohidratosNombres importantes con los que se distingue a los ismeros
Enantimeros: imgenes especulareshttp://www.youtube.com/watch?v=3WZZXP OsPNI&feature=related
Diaestereoismeros: No son imgenes especulareshttp://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosacc harides.htm
Carbohidratos
Anmeros: Difieren en config. sobre el C anomrico o hemiacetal
Epmeros : difieren slo en la configuracin alrededor de un slo tomo de carbono asimtrico
http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/cho/monosaccharides.htm
CarbohidratosPropiedad ptica de los ismeros Mutarrotacin: Cambio gradual de la rotacin ptica hasta alcanzar equilibrio
_________________________________________________________________________ Rotacin especfica (0) _____________________________________________ Azcar a b Mezcla en equilibrio _________________________________________________________________________ D-glucosa +112,2 +18,7 +52,7 D-fructosa -21 -133 -92 D-galactosa +151 -53 +84 D-manosa +30 -17 +14 D-lactosa +90 +35 +55 D-maltosa +168 +112 +136 _________________________________________________________________________