Qué son los Hidratos de Carbono?

Transcripción

1 Qué son los Hidratos de Carbono? hu 6CO 2 + 6H 2 O C 6 (H 2 O) 6 + O 2 Son componentes esenciales de los organismos vivos y constituyen el tipo de moléculas biológicas más abundante. Además son la principal reserva de energía en los seres vivos. Las plantas realizan la transformación de energía lumínica en energía química, la cual es utilizada por los animales a través de los procesos de respiración y glucólisis. Existen como: monosacáridos: p.ej. glucosa, fructosa, galactosa disacáridos: p.ej. maltosa (glu-glu), sacarosa (glu-fru), lactosa (glu-gal) polisacáridos: p.ej. almidón ( amilosa), glucógeno (almidón animal), celulosa glicoconjugados: unidos a proteínas, lípidos u otras biomoléculas Funciones: Estructural: pared de células vegetales (celulosa), exoesqueleto de artrópodos y otros animales Reservorio de energía (hígado y músculo) de uso rápido en organismos animales, incluyendo al hombre (glucógeno) Cumplen roles fundamentales en procesos de reconocimiento y diferenciación celular: Respuesta inmune, fertilidad, infecciones por parásitos, adhesión célula-célula, procesos de inflamación, etc. 1

2 Hidratos de Carbono: C n (H 2 O) n H HO CHO OH H HO CH 2 OH O H H OH H OH H OH H OH CH 2 OH CH 2 OH Hidratos de Carbono: C n (H 2 O) n 2

3 Complejidad: hidratos de carbono simples hidratos de carbono complejos Clasificaciones Tamaño: Función C=O: Reactividad: tetrosas pentosas hexosas aldosas cetosas reductores (Tollens, Fheling, Benedict) no reductores Disacáridos Se obtiene por acción de la mnaltasa (cebada) en almidón) 3

4 amilosa amilopectina quitina ARN-ADN 4

5 Glicoproteínas y lipopolisacáridos: sitios de reconocimiento 5

6 Monosacáridos Son los hidratos de carbono más sencillos, tienen entre 3 y 7 átomos de C Polihidroxialdehídos ALDOSAS Polihidroxicetonas CETOSAS La GLUCOSA es el monosacárido más conocido y más abundante Libre: en frutas, miel, sangre humana. Como disacáridos: en sacarosa y lactosa Formando un polímero: en celulosa y almidón Posee 4 centros asimétricos Es ópticamente activa Monosacáridos La mayoría de los azúcares son quirales y ópticamente activos El más sencillo es el gliceraldehído (2,3-dihidroxipropanal), que tiene 1 estereocentro: existen 2 estereoisómeros que son enantiómeros [ ] D = + 8,7 D-gliceraldehído [ ] D = - 8,7 D/L = denota la configuración relativa L-gliceraldehído 6

7 1 estereocentro: el gliceraldehído D ó L La forma dextrorrotatoria corresponde la configuración R El sistema de nomenclatura D/L fue desarrollado ANTES de haber establecido la configuración absoluta de los azúcares, y permite relaciona cualquier monosacárido con el gliceraldehído. Los prefijos D/L se usan para establecer la ubicación del HO del último C asimétrico (a la derecha o a la izquierda) en la proyección de Fisher. D-gliceraldehido L-gliceraldehido Por extensión diremos que un monosacárido pertenece a la SERIE D o a la SERIE L La nomenclatura D/L divide a los azúcares en 2 grupos. Al aumentar el número de C* aumenta el número de estereoisómeros posibles 2 estereocentros: las tetrosas eritrosa y treosa Dos pares de enantiómeros: 2 de configuración ERITRO y 2 de configuración TREO 7

8 Dos pares de enantiómeros: 2 de configuración ERITRO y 2 de configuración TREO 2 de estos estereoisómeros son de la serie D y 2 de la serie L El signo de la rotación óptica no tiene ninguna relación con los descriptores D y L 3 estereocentros: las aldopentosas 8

9 3 estereocentros: las aldopentosas 3 estereocentros 8 estereoisómeros = 4 de la serie D y 4 de la serie L Como la descripción detallada de todos los C estereogénicos con su respectivo R/S, complicaría el nombre de los monosacáridos, se utilizan prefijos (nombres) para indicar la CONFIGURACIÓN RELATIVA DE LOS CENTROS ASIMÉTRICOS CONSECUTIVOS, teniendo en cuenta la proyección de Fisher. D-Ribo D-Arabino D-Xilo D-Lixo RAXL Se denominan EPÍMEROS a aquéllos compuestos que difieren en la configuración de 1 C. Por ej.: xilo y lixo; ribo y arabino 4 estereocentros: las aldohexosas 16 estereoisómeros: 8 de la serie D y 8 de la serie L 9

10 Heptosas, octosas 10

11 Importante: Las proyecciones de Fisher son muy útiles para analizar las configuraciones de los carbonos asimétricos, pero tienen poco que ver con la conformación real de los azúcares. Recordemos que en una proyección de Fisher, la molécula se encuentra totalmente eclipsada. Entonces Cómo es la conformación de un monosacárido??? En una molécula con C=O y HO, está favorecida la formación de hemiacetales cíclicos = se obtienen 2 estereoisómeros!!! Esta es una reacción de equilibrio y coexisten las formas cerradas con la abierta. 11

12 Tetrosas, Pentosas y Hexosas existen en solución, como mezclas en equilibrio de distintas formas cíclicas y su forma abierta o lineal. Predominan las formas cíclicas. El hemiacetal podría formarse con cualquier HO, siempre que conduzca a ciclos estables de 5 y 6 miembros Otra manera de ver la conformación eclipsada de la D- eritrosa, que muestra el HO de C-4 en posición de reaccionar con el C=O Estructura cíclica de 5 miembros se denomina furanosa, por el furano PROYECCIONES DE HAWORTH 1) Partir de la Fisher, representación totalmente eclipsada 2) Rotar el enlace C3-C4: Conformación de la D-ribosa apropiada para la formación del anillo furanósico 12

13 3) Ciclar formando el hemiacetal: se formarán 2 estereoisómeros El C=O es el C que genera los estereoisómeros Los dos estereoisómeros se llaman ANÓMEROS El C hemiacetálico se llama CARBONO ANOMÉRICO Cuál es el anómero y cuál el??? Observar las proyecciones de Fisher cicladas HO anomérico de lado contrario al HO que da nombre a la serie HO anomérico del mismo lado del HO que da nombre a la serie 13

14 Para la GLUCOSA: Rotar C4-C5 El HO de C5 está involucrado en la formación del hemiacetal Forma eclipsada, reorientar el HO de C5 ciclar Anillo de 6 miembros: piranósico (pirano) PROYECCIONES DE HAWORTH Para la GLUCOSA, las dos formas piranósicas son: volcar Forma abierta volcar 14

15 Para cualquier pentosa o hexosa, en realidad hay en equilibrio dos formas furanósicas y dos piranósicas: Una hexosa Por RMN de 13 C se puede detectar que, en agua, las especies en equilibrio se encuentran en la siguiente proporción: -piranosa: 38,8% -piranosa: 60,9% -furanosa: 0,14% -furanosa: 0,15% Cadena abierta: 0,0045% 15

16 ANÓMEROS Y MUTARROTACIÓN Cristaliza de H 2 O Cristaliza de AcOH La interconversión de los anómeros y es una propiedad general de los monosacáridos que pueden existir como hemiacetales cíclicos En el equilibrio, la mezcla tiene un [ ] D = + 52,7 MUTARROTACIÓN: partiendo del puro (+112,2 ) llegamos a la mezcla de anómeros (+52,7 ) partiendo del puro (+18,7 ) llegamos a la mezcla de anómeros (+52,7 ) 16