Tema 3.- Biomoléculas orgánicas I: glúcidos.

Transcripción

1 Tema 3.- Biomoléculas orgánicas I: glúcidos. A.- Introducción: los principales grupos funcionales de las biomoléculas orgánicas. B.- Concepto de Glúcido y clasificación. C.- Los Monosacáridos. -Descripción de la estructura química: Cetosas y Aldosas. -Isomería óptica. -Ciclación. D.- Los Disacáridos y Oligosacáridos. -El enlace O-glicosídico. -Moléculas de importancia biológica. E.- Los Polisacáridos. -Homopolisacáridos con función de reserva energética: Almidón y Glucógeno. -Homopolisacáridos estructurales: Celulosa.

2 INTRODUCCIÓN A LAS BIOMOLÉCULAS ORGÁNICAS: LOS PRINCIPALES GRUPOS FUNCIONALES Los bioelementos que forman las biomoléculas actúan con una única valencia: Carbono 4 Hidrógeno 1 Oxígeno 2 Nitrógeno 3 Fósforo 5 Azufre 2

3 Hidroxilo (grupo alcohol) Carbonilo (grupo aldehido) Carbonilo (grupo cetona) El Carbono se oxida: Pierde H y gana O Carboxilo (grupo ácido) O = C = O

4 Hidroxilo (grupo alcohol) Carbonilo (grupo aldehido) Carbonilo (grupo cetona) El Carbono se reduce: Pierde O y gana H Carboxilo (grupo ácido)

5 Además hay otros grupos funcionales Metilo Sulfhidrilo S

6 Químicamente son muy homogéneos, y se pueden definir como Polihidroxialdehidos o Polihidroxicetonas. Se Clasifican en: MONOSACÁRIDOS: entre 3 y 7 átomos de C OLIGOSACÁRIDOS: de 2 a 10/20 monosacáridos Disacáridos: 2 unidades monosacarídicas POLISACÁRIDOS: más de 10/20 monosacáridos Homopolisacáridos: formados por el mismo monosacárido Heteropolisacáridos: diferentes monosacáridos HETERÓSIDOS: Glúcido + componente no glicídico

7 TRIOSAS CETOTRIOSA ALDOTRIOSA Dihidroxiacetona Gliceraldehido

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9 Representaciones en forma de proyecciones de Fisher y en forma tridimensional del D y el L gliceraldehido Proyecciones de Fisher D gliceraldehido L gliceraldehido

10 Las moléculas con C asimétricos presentan actividad óptica. Es decir, desvían la luz polarizada hacia la izquierda o la derecha Fuente de luz Filtro polarizador Sustancia con actividad óptica Ángulo de variación La luz vibra en todos las direcciones La luz vibra en un solo plano La luz es desviada

11 EJEMPLOS DE ESTEREOISÓMEROS CON DIFERENTE ACTIVIDAD BIOLÓGICA D (+) limoneno Huele a corteza de limón L (-) limoneno Huele a corteza de naranja

12 EJEMPLOS DE ESTEREOISÓMEROS CON DIFERENTE ACTIVIDAD BIOLÓGICA Aspartamo (dulce) Amargo

13 EJEMPLOS DE ESTEREOISÓMEROS CON DIFERENTE ACTIVIDAD BIOLÓGICA Sedante Teratogénica

14 TETROSAS ALDOTETROSAS CETOTETROSA D- Eritrosa D- Treosa D- Eritrulosa

15 Cuando dos monosacáridos difieren sólo en la configuración alrededor de un átomo de carbono se denominan Epímeros. La D-Eritrosa y la D-Treosa son dos formas epímeras. ALDOTETROSAS Para conocer si se trata de una forma D o L, debemos fijarnos en el carbono asimétrico más alejado del C 1 D- Eritrosa D- Treosa

16 PENTOSAS ALDOPENTOSAS CETOPENTOSAS D- Ribosa D- Arabinosa D- Xilosa D- Lysosa D- Ribulosa D- Xylulosa

17 HEXOSAS ALDOHEXOSAS D- Alosa D- Altrosa D- Glucosa D- Manosa D- Gulosa D- Idosa D- Galactosa D- Talosa

18 HEXOSAS CETOHEXOSAS D- Psicosa D- Fructosa D- Sorbosa D- Tagatosa

19 CICLACIÓN DE LOS MONOSACÁRIDOS Las hexosas y las aldopentosas tienen un comportamiento particular en disolución, no se encuentran en forma lineal sino cíclica. La reacción entre un grupo aldehído y un alcohol da como resultado la formación de un Hemiacetal. La reacción entre una cetona y un grupo alcohol da como resultado la formación de un grupo Hemicetal.

20 MONOSACÁRIDOS: CICLACIÓN Se produce un ataque del Oxígeno sobre el C aldehídico

21 El doble enlace del O se rompe y el H del C 5 se une a él

22 El O del C 5 forma un enlace intramolecular con el C 1

23 La molécula se ha ciclado, y el C 1 es ahora un nuevo carbono asimétrico llamado C anomérico.

24 La forma cíclica (forma pirano) se representa mediante las llamadas proyecciones de Haworth, en la cual se forma un hexágono con el O y los carbonos 1, 2, 3, 4 y 5; quedando fuera del plano del hexágono el C 6. Los OH que estaban a la derecha pasan a estar debajo del plano y viceversa

25 La aparición del nuevo carbono anomérico tiene como consecuencia que se formen dos nuevos isómeros que denominaremos α y β. Forma Trans Forma Cis Puesto que el grupo CH 2 OH se suele representar hacia arriba del plano, el anómero α se dibuja con el OH hacia abajo y el β hacia arriba.

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27 También se ciclan las aldopentosas β D ribosa β D 2 dexosirribosa

28 Las cetohexosas, como la fructosa representada aquí, y las aldopentosas, forman una estructura cíclica pentagonal llamada ciclo de furano α D Fructosa

29 La forma sistemática de nombrar las formas cíclicas es añadiendo el sufijo piranosa o furanosa al monosacárido: α D glucopiranosa β D glucopiranosa pirano α D Fructofuranosa β D Fructofuranosa furano

30 CICLACIÓN POR PASOS DE UN MONOSACÁRIDO 1ª Representamos la molécula en horizontal como si la dejásemos caer 90º a la derecha

31 2º La plegamos de forma hexagonal teniendo en cuenta que en primer término quedan los C 2 y C 3. 3º Giramos los sustituyentes del C 5 para enfrentar los grupos que van a reaccionar y dejando al C 6 fuera del plano. H OH

32 4º Formamos el nuevo enlace hemiacetálico.

33 Aunque nosotros nunca vamos a utilizar estas representaciones, las moléculas cíclicas no son estructuras planas, sino que se doblan adoptando diversas configuraciones como estas

34 SUSTANCIAS DERIVADAS DE LOS MONOSACÁRIDOS N Acetil glucosamina Ácido N Acetil murámico Galactosamina Ac Glucurónico Ac. Ascórbico Vitamina C

35 DISACÁRIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS Cristalizables Solubles en agua Sabor dulce Pueden ser reductores o no (Reacción de Fehling)

36 Fundamento de la reacción de Fehling

37 Los disacáridos están formados por dos monosacáridos unidos mediante un enlace O-glicosídico El enlace O-Glicosídico se forma por la reacción entre dos C carbonílicos, o bien entre uno carbonílico y otro carbono que porte un grupo OH. Enlace monocarbonílico: C carbonílico + C con un grupo OH Enlace dicarbonílico: C carbonílico + C carbonílico

38 FORMACIÓN DE UN ENLACE GLICOSÍDICO MALTOSA Enlace monocarbonílico α- D Glucosa β- D Glucosa Reacción de hidrólisis Enlace O-glucosídico α D glucopiranosil (1 4) D glucopiranosa

39 DISACÁRIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS Monocarbonílico OH H LACTOSA H β 1 4 Galactosa-Glucosa OH Reductor OH H Dicarbonílico H SACAROSA α 1 β 2 Glucosa-Fructosa OH No reductor

40 DISACÁRIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS OH H H OH TREHALOSA α 1 1 Glucosa-Glucosa ISOMALTOSA α 1 6 Glucosa-Glucosa

41 FUNCIONES DE DISACÁRIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS Los Disacáridos son glúcidos con función energética. Normalmente actúan como forma de transporte. Recolección de la savia del Acer saccharinum

42 FUNCIONES DE DISACÁRIDOS Y OLIGOSACÁRIDOS Los Oligosacáridos intervienen en procesos de reconocimiento celular: Muchos antígenos son oligosacáridos Los oligosacáridos se unen a proteínas y lípidos de la membrana con funciones relacionadas con el reconocimiento celular

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44 Antígeno 0 Antígeno A Antígeno B ANTÍGENOS A,B,O PARA LOS GRUPOS SANGUÍNEOS

45 POLISACÁRIDOS Homopolisacáridos No ramificados Ramificados Heteropolisacáridos No ramificados Ramificados

46 ALMIDÓN Está formado por dos polisacáridos: *AMILOSA: Homopolisacárido lineal Enlace formado glicosídico por uniones α 1 6 α 1 4 Glucosa-Glucosa. Puede tener entre 50 y 5000 unidades. Enlace Representa, glicosídico α 1 4 aproximadamente, el 20% del peso del almidón. *AMILOPECTINA: Homopolisacárido ramificado. Presenta uniones α 1 4 Glucosa-Glucosa y α 1 6 Glucosa- Glucosa. El número de ramificaciones varía: cada unidades. Formado por más de 10 6 moléculas de glucosa Representa el 80% del peso del almidón.

47 El almidón tiene como función la reserva de energía en los vegetales. Se acumula en órganos de reserva como semillas, tubérculos

48 GLUCÓGENO Es un homopolisacárido ramificado. Tiene una estructura parecida a la amilopectina Presenta uniones α 1 4 Glucosa-Glucosa y α 1 6 Glucosa-Glucosa. Más pequeño que el almidón: más de moléculas de glucosa El número de ramificaciones es mayor que en la amilopectina: cada 8 a 12 glucosas.

49 ESTRUCTURA DEL GLUCÓGENO

50 Comparación entre las estructuras de la Amilopectina y el Glucógeno Amilopectina Glucógeno

51 El glucógeno es el polisacárido de reserva animal, que se almacena en el hígado y el músculo

52 CELULOSA Homopolisacárido lineal formado por uniones β 1 4 Glucosa-Glucosa. Forma una estructura helicoidal muy compacta de más de unidades de glucosa, muy resistente a la hidrólisis e insoluble en agua.

53 La celulosa es el principal polisacárido estructural. Es la base de las paredes celulares vegetales.

54 Otros Polisacáridos estructurales son: QUITINA: Enlaces β 1 4 N acetil glucosamina -N acetil glucosamina. Forma los esqueletos de los artrópodos y la pared celular de los hongos

55 PEPTIDOGLICANO Un heteropolisacárido complejo que forma las paredes de las células bacterianas.