ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO

Lehninger- Principios de Bioquímica- Nelson & Cox- 6ta Edición- Editorial Omega Bioquímica- Voet &Voet – 3era Edición- Editorial Panamericana Prof. Dra Karina Tripodi

• Fórmula general Cn(H2O)n

• Se presentan como azúcares simples, polímeros o derivados, muy abundantes en la naturaleza

• Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas

• Tienen al menos 1 carbono asimétrico (naturalmente config. D)

• Producidos naturalmente a partir de CO2 + H2O (100 * 109 ton/año)

Hidratos de carbono

Funciones

Sustratos oxidables - de libre disponibilidad - de reserva

Estructura

Reconocimiento celular

Componentes de otras biomoléculas: ácidos

nucleicos, coenzimas, etc

Clasificación

Por tamaño:

• Monosacáridos (Cn(H2O)n)

• Oligosacáridos: 2 a 20 residuos (no son ya Cn(H2O)n)

• Polisacáridos: >20 residuos

• n > 3

• Si el grupo carbonilo está en 1 aldosa

• Si no cetosa

P. ej.: si n = 3 aldotriosa

si n = 4 tetrosa

epímeros

Aldosas

Cetosas

Reacciones de ciclación de aldohexosas y cetohexosas

C anomérico

OH

OH

b a

Pirano Furano

a-D-glucopiranosa Proyección de Haworth

b-D-fructofuranosa Proyección de Haworth

D- glucosa Forma lineal

D-Fructosa Forma lineal

Mutarrotación: ocurre en solución acuosa

Anómeros (diasteroisómeros)

punto de fusión de 146 ºC y [α]D +112,2º. Pf entre 148 y 155 ºC y [α]D +18,7º.

Triosas, hexosas y pentosas más relevantes en el metabolismo de carbohidratos

Cetona alcohol hemicetal cetal

Aldehído alcohol hemiacetal acetal

a-D-glucopiranosa b-D-glucopiranosa

Reacción entre alcohol y grupo carbonilo para formar hemiacetales o hemicetales

Enlace glicosídico

Enlace O-glicosídico

Reacciones de las aldosas

Oxidación química suave o

enzimática

Ácidos aldónicos

Ácido D- glucónico

Reducción de Ag+ amoniacal por extremo reductor libre (Reactivo de

Tollens, espejo de plata)

Ácidos urónicos

Ácido D- glucurónico

Reducción por NaBH4 para dar polihidroxialcoholes

lineales

Alditoles

D- glucitol o sorbitol

Ácidos aldáricos

COOH

HNO3 Oxidación enzimática

Reacciones de los azúcares

• Ác. diluídos en caliente: estables

• Ác. conc. en caliente: deshidratación (furfurales)

Si se controla el tiempo de incubación, no más de 8 min a 80ºC: ensayo específico para

cetosas

Uno de los métodos de análisis (Roe)

Otros azúcares de relevancia biológica

Desoxirribosa

Desoxiazúcares Aminoazúcares

Glucosamina

Galactosamina

N- acetil murámico (pared celular bacteriana)

N- acetil neuramínico o ác. siálico (glucoesfingolípidos)

Enlace N-glicosídico

Disacáridos más relevantes

Reductor

No reductores

maltosa

celobiosa

lactosa

Sacarosa

trealosa

Steviósido

Glúcido diterpeno 250-300 veces más dulce que la sacarosa, no provoca

aumento de glucosa en sangre (apto diabéticos)

Stevia rebaudiana

Oligosacáridos y polisacáridos Homopolisacáridos Heteropolisacáridos Lineal Ramificado Lineal Ramificado

• De reserva: almidón y glucógeno. También polimananos y otros en plantas y bacterias.

• Estructurales: celulosa, quitina, condroitín sulfato, péptidoglucano, otros.

Clasificación según su función

Reserva energética

Estructurales

Señalización- comunicación celular

Función: Reserva

Glucógeno

Amilosa Lineal, repeticiones de unidades de maltosa Almidón

Amilopectina Ramificada, análoga a glucógeno,

menos ramificada

Extremo no reductor

Punto de ramificación

Extremo reductor

Uniones a 1 6

Uniones a 1 4

Función estructural: Celulosa

• Pared celular de plantas

• Muy fuerte

• Asociada a otros polímeros:

lignina y hemicelulosa (xilanos)

• Longitud 300 a 15000 residuos

• Insoluble en agua

Muchos puentes de H=rigidez, insolubilidad

Unidad estructural

Rumiantes

Termitas

Función Estructural Pared celular vegetal

Laminilla media

Pared celular primaria

Membrana Plasmática

Pectinas

Glicanos entrecruzantes

Microfibrillas de celulosa

831133

831133

Exoesqueleto de insectos

Paredes celulares de hongos y algas

Función estructural

Quitina N-acetilglucosamina

Agarosa

Se encuentra en ciertas algas rojas, capacidad de formar geles, usos en laboratorios de bioquímica o en industria alimenticia

Bioplásticos a partir de

material vegetal de desecho

Cubiertas celulares

• Mucopolisacáridos ácidos

• Glucoproteínas

• Glucoesfingolípidos

Láminas basales: estructura

Proteoglicanos:

núcleo proteico + cadena de

glucosaminoglucano + ác. hialurónico

Glucosaminaglucanos: queratán sulfato,

dermatán sulfato. Gran capacidad de hidratación, lubrican, aportan resistencia frente a presiones mecánicas.

Función estructural matriz extracelular

Unidad estructural del condroitín sulfato (CS, cartílago)

AH

CS

Agrecano: Proteínas

Proteínas Queratán sulfato

Proteoglicanos Mucopolisacáridos o glicosaminoglicanos

Unidad estructural de los hialuronanos (AH, tendones)

Funciones de los aminoglucanos

• Componentes de la sustancia fundamental (cartílagos, tendones, córnea)

• Lubricación (líquido sinovial, ojo)

• Absorción de impactos

• Brindan superficies suaves de deslizamiento (cartílago)

• Son porosos, permiten el transporte de nutrientes y oxígeno.

Función estructural Péptidoglicano

Bacterias Gram+ Bacterias Gram-

Penicilina: inhibe enzimas transpeptidasas (necesarias para la síntesis del PG). Las bacterias se lisan.

Función: Señalización Glicoproteínas

Glicoesfingolípidos

Proteoglicanos

Glicocálix

Condroitín sulfato

Glicoproteínas

Glicoesfingolípidos

Determinantes antigénicos de los grupos sanguíneos

Antígeno O

Antígeno A

Antígeno B

Funciones de las glicoproteínas

• reconocimiento y adhesión celular

• migración celular durante el desarrollo

• coagulación sanguínea

• respuesta inmune

• cicatrización de heridas

Oligosacáridos: señalización en respuesta a patógenos

Extraído de doi: 10.3389/fpls.2013.00049

Métodos de medida de concentración de carbohidratos

Curva de calibración

Método de Somogyi - Nelson

Óxido de Mo (azul de molibdeno)

Reducción

Reducción Oxidación

Oxidación

Azúcar reductor (AR)

En medio alcalino los AR reducen al Cu++ y se oxidan

Curva de calibración con glucosa

Método enzimático de determinación de glucosa

Glucosa oxidasa Glucosa + O2 + H2O Ácido glucónico + H2O2 Peroxidasa 2 H2O2 + 4 aminofenazona + 4 hidroxibenzoato Quinonimina

Detección de absorbancia a 505 nm Patrón: glucosa 1 g/l

Análisis de las uniones en oligosacáridos

Permetilación o metilación exhaustiva seguida de

hidrólisis ácida

Lactosa

Metilación en C-anomérico: susceptible a la hidrólisis ácida

OH de C en enlaces glicosídicos: no metilados

Glucopiranosil -b 1, 4- galactopiranosa

¿cómo podrían estar unidos estos monosacáridos en el trisacárido original?

CH2OCH3

OCH3

OCH3

OH

O

H3CO

CH2OH

OCH3

OCH3

OH

O

H3CO

O

OCH3

OH

CH2OCH3

H3COH2C

H3CO

2,3,4- tri-O-metilglucosa 2,3,4,6- tetra-O-metilglucosa 1,3,6- tri-O-metilgalactosa

a glucosa 1,1- a glucosa- 6, 2-fructosa (NR)

a glucosa 1,6- a glucosa- 1, 2-fructosa (NR)

Cromatografía Líquida de Alta Presión (HPLC)

Análisis de los carbohidratos

Cromatografía en capa delgada (TLC)

Cromatografía Gas-Líquido acoplada a espectrometría de masas (GC-MS)

Análisis de los carbohidratos

Extracto de carbohidratos derivatizados