Universidad de San Carlos de Guatemala Departamento de Química Orgánica. Escuela de Química Sección A

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1 Universidad de San Carlos de Guatemala Departamento de Química Orgánica. Escuela de Química Sección A Química Orgánica II Unidad 5 (Parte I) Biomoléculas (Carbohidratos, Lípidos y Aminoácidos) Lic. Walter de la Roca Cuéllar Lic. Walter de la Roca 1

2 Carbohidratos Los hidratos de carbono o carbohidratos reciben el nombre porque la fórmula empírica general de muchos miembros de la familia puede escribirse C n (H 2 O) n, es decir, carbono hidratado (Glucosa C 6 (H 2 O) 6. (Nótese, sin embargo, que no todos los hidratos de carbono están representados por esta fórmula). Los azúcares, almidones y celulosa, que tienen importantes funciones estructurales y energéticas en los seres vivos, son todos hidratos de carbono. Los carbohidratos constituyen un grupo importante de compuestos orgánicos que se encuentran en la naturaleza, están profusamente distribuidos entre la plantas y representan hasta el 80% de su peso seco. Lic. Walter de la Roca 2

3 En el mundo vegetal adquieren una importancia especial en el compuesto llamado celulosa, que es el principal material estructural de plantas, almidones, pectinas, la sucrosa o sacarosa y la glucosa de los azúcares. Estos azúcares se obtienen a escala industrial de varias fuentes vegetales. En animales superiores, la glucosa simple es constituyente esencial de la sangre y se presenta en forma polimérica como glucógeno en el hígado y los músculos. Los carbohidratos están presentes también en forma enlazada en el trifosfato de adenosina (llamado también adenosin trifosfato), un material clave para el almacenamiento de energía biológica y sus sistemas de transporte, así como en los ácidos nucleicos que controlan la producción de enzimas y la transferencia de información genética. Lic. Walter de la Roca 3

4 Puesto que el hombre y la mayor parte de los mamíferos carecen de las enzimas necesarias para la digestión de la celulosa, necesitan almidón como fuente de carbohidratos en su dieta. Sin embargo, los animales que comen pasto como las vacas, en su primer estómago tienen microorganismos capaces de digerir la celulosa. De esta forma, la energía almacenada en la celulosa forma parte de la cadena biológica de alimentos cuando estos rumiantes comen pasto y la utilizan en su alimentación. Lic. Walter de la Roca 4

5 Las plantas verdes sintetizan los carbohidratos durante la fotosíntesis, un proceso muy complicado en el cual la luz solar proporciona la energía para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa más oxígeno. Luego, muchas moléculas de glucosa se enlazan químicamente en la planta para almacenarse como celulosa o almidón. Así, los carbohidratos actúan como los intermediarios químicos mediante los cuales la energía del sol se almacena y se usa para sostener la vida. Definición y clasificación: Los carbohidratos son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o compuestos que, por hidrólisis, se convierten en aquellos. Lic. Walter de la Roca 5

6 Monosacáridos: Disacáridos: Lic. Walter de la Roca 6

7 Oligosacáridos Se ha establecido arbitrariamente un límite de 10 unidades (aunque algunos autores prefieren extenderlo a 20) para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos. Lic. Walter de la Roca 7

8 Existen también ciertas diferencias para juzgar si los disacáridos deben ser incluidos entre los oligosacáridos. Nosotros preferimos darles a los disacáridos un lugar separado, no sólo por su importancia biológica, sino por la gran diferencia que existe entre su localización en los seres vivos y entre sus funciones. Los oligosacáridos preferentemente son parte integrante de los glicolípidos y de las glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática y por lo tanto tienen una gran importancia en las funciones de interacción de las células con su ambiente. Lic. Walter de la Roca 8

9 Rafinosa (Trisacarido) (Galactosa unida a una sacarosa) Estaquiosa (Tetrasacarido) (Dos Galactosas unidas a una sacarosa) Polisacáridos: Cientos, miles de monosacacáridos como sería la amilasa y celulosa Lic. Walter de la Roca 9

10 Glicósidos: Además de monosacáridos también posee un grupo no carbohidrato, como la Adenosina (N-glucósido), es una molécula fundamental en bioquímica. Linamarina (Oglucósido), obtenido a partir de mandioca una especie de tubérculo en sudeste de Asia. Sinigrina (S-glucósido) contribuye al sabor característico de la mostaza y del rábano Lic. Walter de la Roca 10

11 Un monosacárido se puede clasificar aún más: si contiene un grupo aldehído, es una aldosa; si contiene una función cetona, es una cetosa. Según el número de átomos de carbono que contenga, le monosacárido se conoce como triosa, tetrosa, pentosa, hexosa, y así sucesivamente. Una aldohexosa, por ejemplo, es un monosacárido de seis carbonos con una función aldehído, mientras una cetoheptosa es un monosacárido de siete carbonos con un grupo cetónico. La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o hexosas. Aldosas: Lic. Walter de la Roca 11

12 Cetosas: Los carbohidratos que reducen los reactivos de Fehling (o Benedict) o Tollens, se conocen como azúcares reductores, como los son también la mayoría de los disacáridos, siendo una excepción importante la sacarosa (azúcar común de mesa), que no es reductora. Lic. Walter de la Roca 12

13 Estereoquímica de carbohidratos: Debido a que todos los carbohidratos tienen átomos de carbono quirales, desde tiempo atrás se reconoció que es necesario un método estándar de representación para describir la estereoquímica de los carbohidratos. El método más difundido emplea las proyecciones de Fischer para describir los centros de quiralidad sobre la página plana. Lic. Walter de la Roca 13

14 1 centro quiral 2 1 = 2 estereoisómeros 2 centros quirales 2 2 = 4 estereoisómeros 3 centros quirales 2 3 = 8 estereoisómeros Repasar la determinación absoluta de los centros quirales aprendido en Q.O.I Lic. Walter de la Roca 14

15 Diferentes representaciones de carbohidratos (Hemiacetales (forma cíclica)): Silla Estas dos formas de la glucosa son llamados anómeros Proyecciones de Fischer Proyecciones de Haworth Lic. Walter de la Roca 15

16 Como intercambiamos las diferentes representaciones: Anómero alfa (α) de la D-Alosa Lic. Walter de la Roca 16

17 Anómero Beta (β) de la D-Galactosa: Lic. Walter de la Roca 17

18 Tarea: Colocar las representaciones Fischer, Haworth y Silla de la D-Manosa en su forma ciclada: Configuración relativa (D y L) Se define por medio de la posición del hidroxilo del carbono 2 en el glicerol que es el más sencillo y se puede ver en los siguientes ejemplos de aldosas: Lic. Walter de la Roca 18

19 Los D tienen el OH en la posición derecha y son los que se dan casi exclusivamente en la naturaleza. Y los L serían los que tiene el -OH en posición Izquierda como se puede ver en los siguientes ejemplos: Como se puede notar en la última proyección el L y D son imágenes especulares entre si, en otros términos se llaman Enantiómeros Lic. Walter de la Roca 19

20 Configuración absoluta: (R y S) (d) H I CH 2 CH 3 CH 3 H H CHO OH OH CH 2 OH HO H H CHO H OH OH CH 2 OH D-Eritrosa D-Arabinosa Lic. Walter de la Roca 20

21 Familia de D-Aldosas: 21

22 Enantiómeros: Diasterómeros: Lic. Walter de la Roca 22

23 Epímeros: (En carbono 2 son los importantes) Puede haber epímeros en otros carbonos. Anómeros: Lic. Walter de la Roca 23

24 Compuestos meso: Lic. Walter de la Roca 24

25 Ejemplos de compuestos meso en carbohidratos: Lic. Walter de la Roca 25

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