BIOMOLÉCULAS

GLÚCIDOS

Características

• Biomoléculas constituidas por C, H y O en proporción CH2O Hidratos de carbono

• Quimicamente son polialcoholes con un grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona)

• Algunos de ellos tienen sabor dulce• Funciones energéticas y estructurales

MONOSACÁRIDOS

Glúcidos más sencillos. Constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. Se nombran añadiendo la terminación -osa al número de carbonos Por ejemplo, triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, etc.La formula general es : Cn(H2O)n Blancos, dulces, solubles en agua, cristalizables y no hidrolizables. El grupo carbonilo les confiere propiedades reductoras.Función energética y en algunos casos estructural.

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Estructura química de los monosacáridos

Propiedades físicas: •Son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. •Su solubilidad en agua se debe a que tanto los radicales hidroxilo (-OH) como los radicales hidrógeno (-H) presentan una elevada polaridad eléctrica y establecen por ello fuerzas de atracción eléctrica con las moléculas de agua, que también son polares, dispersándose así las moléculas del glúcido.

Propiedades químicas:

Los glúcidos son capaces de oxidarse, es decir, de perder electrones, frente a otras sustancias que al aceptarlos se reducen (reacción de Fehling). Se dice que los glúcidos tienen carácter reductor.

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Otra propiedad química de los glúcidos es su capacidad para asociarse con grupos amino.

CONCEPTO DE ISOMERÍA Dos o más moléculas orgánicas comparten la misma fórmula química molecular (el número de átomos de cada clase sea el mismo), pero que no compartan la fórmula estructural, (sus átomos se encuentren unidos de forma diferente). 1.Isómeros de función2.Isómeros espacial o estereoisómeros.

a. Isómeros ópticosb. Isómeros geométricos

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DimetilaminaDimetilamina: CH3 – NH – CH3

(C3H7N) EtilaminaEtilamina: CH3 – CH2 –

NH2

(C3H7N)

ISOMERÍA DE FUNCIÓN Compuestos con la misma fórmula química molecular pero distintos grupos funcionales. Las aldosas son isómeros de las cetosas. A estos compuestos se les llama isómeros funcionales o estructurales y químicamente son compuestos de propiedades distintas.

14Eduardo Gómez

ISOMERÍA ESPACIAL

Si dos compuestos comparten la misma formula estructural, pero la diferencia entre ellos se debe a la posición relativa de los átomos en el espacio, se dice que los dos compuestos presentan isomería espacial o estereoisomería.

Se produce cuando el monosacárido (u otro compuesto) posee algún carbono asimétrico. Llamamos carbono asimétrico al que tiene cuatro grupos distintos unidos.

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Isomería espacial

Imagen especular(no superponible)

Epímeros

Son diasteroisómeros que difieren en un sólo carbono

asimétrico

No son imagen especular.Pueden diferir en la

configuración de más de un carbono asimétrico.

Un tipo especial de diasteroisómeros

Enantiómeros Diasteroisómeros

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Isomería espacial

EnantiómerosImagen

especular

EpímerosSon diasteroisómeros que

difieren en un sólo carbono asimétrico

DiasteroisómerosNo son imagen especular.

Pueden diferir en la configuración de más de un

carbono asimétrico.

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Enantiómeros de una tetrosa

Los isómeros especulares, llamados también enantiómeros, o isómeros quirales, son moléculas que tienen los grupos -OH de todos los carbonos asimétricos, en posición opuesta, reflejo de la otra molécula isómera.

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El carbono asimétrico más alejado del grupo funcional sirve como referencia para nombrar la isomería de una molécula.

Cuando el grupo OH de este carbono se encuentra a su derecha en la proyección lineal se dice que esa molécula es D. Cuando el grupo alcohol de este carbono se encuentra a su izquierda en la proyección lineal se dice que esa molécula es L.

¿QUÉ SON ENTRE SÍ?

¿QUÉ SON ENTRE SÍ?

EJERCICIO.

1. NOMBRAR LOS COMPUESTOS DADOS.

2. ¿CUANTOS ISÓMEROS TIENE CADA UNO DE ELLOS?

3. ¿QUÉ SON ENTRE SÍ?

Eduardo Gómez 24

ISOMERÍA ÓPTICA

Cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre una disolución de monosacáridos que poseen carbonos asimétricos el plano de luz se desvía. Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es dextrógiro y se representa con el signo (+). Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se representa con el signo ( - ).

1. Triosas

Son glúcidos formados por tres átomos de carbono. Hay dos triosas:

o Una aldotriosa (gliceraldehído) que tiene un grupo aldehído y otra

o Una cetotriosa (dihidroxiacetona) que tiene un grupo cetónico.

La fórmula empírica de ambas es C3H6O3. Son abundantes en el interior de la célula, ya que son metabolitos intermedios de la degradación de la glucosa. 

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La dihidroxiacetona no tiene ningún carbono asimétrico y por lo tanto, no presenta actividad óptica.

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El gliceraldehído tiene un átomo de carbono asimétrico, y se pueden distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el D-gliceraldehído, cuando el -OH está a la derecha, y el L-gliceraldehído, cuando el -OH está a la izquierda.

2. Tetrosas

Son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas, la treosa y la eritrosa y una cetotetrosa, la eritrulosa. De forma ocasional, aparecen en alguna vía metabólica.

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PENTOSAS

• Son glúcidos con cinco átomos de carbono. En las aldopentosas, como hay tres carbonos asimétricos (C2, C3, y C4), aparecen ocho posibles estructuras moleculares (23 = 8).

• En la naturaleza sólo se encuentran cuatro: la D-ribosa, en el ácido ribonucleico, la D-2-desoxirribosa, en el ácido desoxirribonucleico, la D-xilosa, que forma el polisacárido xilana de la madera, y la L-arabinosa, formando el polisacárido arabana que es uno de los componentes de la goma arábiga.

• Entre las cetopentosas cabe citar la D-ribulosa. que desempeña un importante papel en la fotosíntesis, debido a que se une a la molécula de dióxido de carbono (CO2), que queda así incorporada al ciclo de la materia viva.

• Las aldopentosas al disolverse en agua forman moléculas cíclicas debido a la reacción del grupo carbonilo del carbono 1 con el hidroxilo del carbono 4 formándose un hemiacetal (reacción entre alcohol y aldehido) 28

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HEXOSAS

Son glúcidos con seis átomos de carbono. Las aldohexosas tienen cuatro carbonos asimétricos y, por tanto, hay dieciséis posibles estructuras moleculares diferentes (24 = 16)

Entre ellas tienen interés en biología la D-(+)-glucosa, la D-(+)-manosa y la D-(+)-galactosa. Entre las cetohexosas cabe citar la D-(-)-fructosa. En disolución, la estructura lineal generalmente se cierra sobre si misma formando un hexágono, parecido al de una molécula llamada pirano, o un pentágono, semejante al de una molécula llamada furano.

En todas las aldosas (pentosas o hexosas) el hemiacetal se produce entre el aldehído y el alcohol del último átomo de carbono asimétrico.

Hemiacetal: función que se produce al reaccionar un alcohol con un aldehído.

Figura: grupos de la D glucosa entre los que se va a formar el enlace hemiacetal

CCC

CC

C

OO

OOO

OH

HH

HH

HH

HH

HHH

Para construir la fórmula cíclica …….

ANÓMEROS

En realidad, las estructuras cíclicas de la glucosa no son planas, como indican los modelos estudiados, sino que pueden adoptar dos conformaciones en el espacio: la conformación de nave y la conformación de silla. Ello se debe a que los enlaces se orientan en el espacio y no en un plano.

• Glucosa. - Es el glúcido más abundante; es el llamado azúcar de uva. - En la

sangre se halla en concentraciones de 1 gramo por litro. - En la naturaleza se encuentra la D-(+)-glucosa, también llamada

por ello dextrosa (glúcido dextrógiro).

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GALACTOSA

Galactosa. Se la encuentra también como elemento constitutivo de muchos polisacáridos (gomas, pectina y mucílagos).

Fructosa. Es una cetohexosa. Se halla en forma de β -D-fructofuranosa.

Se encuentra libre en la fruta y, asociada con la glucosa, forma la sacarosa. En el hígado se transforma en glucosa, por lo que tiene el mismo poder alimenticio que ésta.

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Dentro de los OSIDOS, podemos distinguir

1. Holósidos: Sólo están formados por la unión de osas.a. Oligosacáridos. Son los glúcidos formados por la unión de

dos a diez monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos (unión de dos monosacáridos)

b. Polisacáridos. Son los glúcidos formados por la unión de más de diez monosacáridos. A su vez, pueden ser:i. Homopolisacáridos: Cuando tienen un único tipo de

monosacáridos.ii. Heteropolisacáridos: Cuando tienen mas de un tipo de

monosacáridos.

2. Heterósidos: Formados por dos tipos de componentes: Glúcidos y otros de distinta composición (proteínas, lípidos...)

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POLISACÁRIDOS 

•Tienen pesos moleculares muy elevados.

•No tienen sabor dulce.

•Pueden ser insolubles, como la celulosa, o formar dispersiones coloidales, como el almidón.

•Pueden desempeñar funciones estructurales o de reserva energética.

•Los polisacáridos que con función estructural presentan enlace β-glucosídico, y los de función de reserva energética presentan enlace α-glucosídico. 

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CLASIFICACIÓN

1.Por los monosacáridos constituyentes: a. Homopolisacáridos: mismo tipo de monosacárido repetido b. Heteropolisacáridos: diferente tipo

2.Por la ramificación de la molécula a. Lineales: Cada monosacárido dos enlaces glucosídicos a otros b. Ramificados: Algún monosacárido con más de dos uniones a

otros

3.Por su función a. Estructurales : Forman elementos estructurales de las células o

los organismos pluricelulares b. De reserva: Reserva de monosacáridos c. De reconocimiento: Identificación celular

Almidón

 

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Los depósitos de almidón se encuentran en las semillas y en los tubérculos, como la patata y el boniato. A partir de ellos, las plantas pueden obtener energía sin necesidad de luz.

El almidón es la base de la dieta de la mayor parte de la humanidad. El almidón está integrado por dos tipos de polímeros la amilosa en un 30 % en peso, y la amilopectina en un 70 %.

Es el polisacárido de reserva propio de los vegetales. Se acumula en forma de gránulos dentro de los plastos de la célula vegetal. Está formado por miles de moléculas de glucosa.

Al no estar disuelto en el citoplasma, no influye en la presión osmótica interna y constituye una gran reserva energética que ocupa poco volumen.

Amilosa.

constituida por un polímero no ramificado de moléculas de α –D- glucosa unidas mediante enlaces α(14). Su estructura es helicoidal con seis moléculas de glucosa (tres maltosas) por vuelta.Es soluble en agua dando dispersiones coloidales. Por hidrólisis con ácidos o por la acción de enzimas amilasas:

- da lugar primero a un polisacárido menor denominado dextrina y luego a maltosa.

 

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Amilopectina

- Molécula con estructura ramificada.- Constituida por un polímero de α –D- glucosa unidas mediante enlaces α(1 4), con ramificaciones en posición α(16).

- - menos soluble en agua que la amilosa. - los núcleos de ramificación que, por poseer enlaces (16), son inatacables por enzimas amilasas.

Estos núcleos reciben el nombre de dextrinas límite. Sobre ellos sólo actúa la enzima R-desramificante (amilopectina-1,6-glucosidasa), específica del enlace (16). Finalmente actúa la maltasa y se obtiene la glucosa. 

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AMILOSA

.

1 VUELTA CADA SEIS GLUCOSAS

Ramificaciónes cada 20-30 residuos de glucosa.

AMILOPECTINA

AMILOPECTINA

Glucógeno

El glucógeno es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra en el hígado y en los músculos. Forma dispersiones coloidales en el interior de la célula. Desde el punto de vista químico es similar al almidón, está constituido por un polímero de α –D- glucosa unidas mediante enlaces α(14) con ramificaciones en posición α(16), pero con mayor abundancia de ramas. Estas aparecen, aproximadamente, cada ocho o diez glucosas. Tiene hasta unas 15 000 moléculas de maltosa. Las enzimas amilasas sobre el glucógeno dan maltosas y dextrina límite. Luego, mediante las enzimas R-desramificantes y las maltasas, se obtiene glucosa.

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GLUCOGENO

Celulosa

La celulosa es un polisacárido con función estructural propio de los vegetales. Es la molécula orgánica más abundante de la naturaleza•La celulosa es un polímero de β-D-glucosa unidas mediante enlaces β(14) (celobiosas)•Cada polímero tiene de 150 a 5.000 moléculas de celobiosas. •Forman cadenas no ramificadas, que se unen a otras mediante puentes de hidrógeno.

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Eduardo Gómez 70

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• La peculiaridad del enlace β hace a la celulosa inatacable por las enzimas digestivas humanas; por ello, este polisacárido no tiene interés alimentario para el hombre.

• Los insectos xilófagos, como las termitas, y los herbívoros rumiantes aprovechan la celulosa gracias a los microorganismos simbióticos del tracto digestivo, que producen celulasas.

Quitina

•La quitina es un polímero (homopolisacárido) de N-acetil-D-glucosamina (un derivado de la glucosa) unido mediante enlaces β(14), de modo análogo a la celulosa. •Forma cadenas paralelas. •Función:

• Es el componente esencial del exoesqueleto de los artrópodos, y parece que tiene mucho que ver en el gran éxito evolutivo de estos organismos.

• Componente esencial de la pared celular de los hongos

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EXOESQUELETO

No tienen estructura cristalinaNo solublesDisolución coloidalNo desvían el plano de luz polarizadaNo tienen sabor dulcePueden retener agua e hidratarse. No tienen poder reductorPueden hidrolizarse

Reconocimiento con Lugol ( Iodo en disolución acuosa de IK)

Substancias EstructuralesSubstancias de reservaForman parte importante de nuestra dieta.Se emplean como Espesantes y gelificantes

PropiedadesFÍSICAS

QUÍMICAS

FUNCIÓN

Heteropolisacáridos• Polímeros formados por más de un tipo de monosacárido

distinto.• Pectina:

– En la pared celular de vegetales (manzana, pera, membrillo).

– Gran capacidad gelificante (mermeladas).

• Agar-agar: – En las algas rojas. Hidrófilo. – En microbiología y fabricación alimentos

• Goma arábiga: – Producida por las plantas como protector de heridas

y grietas de la corteza. – En fabricación de pinturas y pegamentos.

GLUCOCONJUGADOS

Glúcidos asociados a otro tipo de moléculas Los principales tipos de asociación entre glúcidos y otros tipos de moléculas son:

• Heterósidos• Peptidoglucanos• Proteoglucanos• Glucoproteínas• Glucolípidos

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Heterósidos Los heterósidos resultan de la unión de un monosacárido, o de un pequeño oligosacárido, con una molécula o grupo de moléculas no glucídicas, también de bajo peso molecular, denominadas aglucón.

Por ejemplo: los antocianósidos, responsables del color de las flores, algunos antibióticos como la estreptomicina, los nucleótidos, derivados de la ribosa y de la desoxirribosa, que forman los ácidos nucleicos, etc

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Peptidoglucanos o mureína: Constituyen la pared bacteriana

Resultan de la unión de:- cadenas de heteropolisacáridos (el polímero de N-

acetil-glucosamina (NAG) y de ácido N-acetil-murámico (NAM) unidos entre sí mediante enlaces β(l 4).

- pequeños oligopéptidos de cinco aminoácidos.

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PEPTIDOGLUCANO1 NAG

2 NAM

3 TETRAPEPTIDO

4 PENTAGLICINA

Proteoglucanos Son moléculas formadas por:

- una gran fracción de polisacáridos (aprox. el 80 % de la molécula), denominados glucosaminglucanos

- una pequeña fracción proteica (aprox. 20 %). Se distinguen los glucosaminglucanos estructurales y los de secreción

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Glucosaminglucanos estructurales. Los más importantes son el ácido hialurónico y los sulfatos de condroitina. Son heteropolisacáridos que presentan alternancia de enlaces β(l4) y enlaces β(l3). Forman la matriz extracelular, muy abundante en los tejidos conjuntivos, cartilaginosos y óseos. El ácido hialurónico, además, abunda en el líquido sinovial y en el humor vítreo.

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Glucosaminglucanos de secreción.

El más conocido es la heparina. Es un heteropolisacárido que presenta alternancia de enlaces α (l4) y enlaces α (l3). Se encuentra en la sustancia intercelular, principalmente en el hígado y en el pulmón. Impide el paso de protrombina a trombina y con ello la coagulación de la sangre.

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Glucoproteínas Moléculas formadas por:

- una pequeña fracción glucídica (mínimo 5% y como máx un 40 %)- una gran fracción proteica, que se unen mediante enlaces fuertes

(covalentes).

Se diferencian además de los proteoglucanos en que la fracción glucídica no contiene ni ácido hialurónico ni sulfatos de condroitina.

Las principales son:

1.Las mucinas de secreción, como las salivales. 2.Las glucoproteínas de la sangre, como las inmunoglobulinas.3.Las hormonas gonadotrópicas.4.Algunas enzimas ribonucleasas. 5.Las denominadas glucoproteínas de las membranas celulares. Éstas presentan una gran heterogeneidad, debido a las variaciones en la secuencia de monosacáridos.

Glucolípidos Los glucolípidos están constituidos por monosacáridos u oligosacáridos unidos a lípidos (ceramida).

Se encuentran en la membrana celular, especialmente en el tejido nervioso. Los más conocidos son los cerebrósidos y los gangliósidos. Los cerebrósidos son glucolípidos en los que hay una cadena de uno a quince monosacáridos.

Los gangliósidos son glucolípidos en los que hay un oligosacárido en el que siempre aparece el ácido siálico.

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