GLÚCIDOS 1
Forman parte de la primer estructura celular que encontramos, Pared celular o Cobertura celular, en nuestro estudio químico-fisiológico desde el exterior al interior celular. Este concepto también está intimamente ligado al proceso de obtención de energía por oxidación biológica en citosol y en la matriz mitocondrial. 2
DEFINICION QUIMICA DE LOS GLUCIDOS Se incluyen en el concepto de Glúcidos: a los Polisacáridos, Oligosacáridos, Disacáridos y a los Monosacáridos. Los monosacáridos en su mínima estructura química, responden a la fórmula C n (H 2 O) n origen del nombre Hidratos de Carbono, siendo la glucosa el ejemplo típico. Los vegetales sintetizan glucosa a partir de CO 2 y H 2 O, mediante la fotosíntesis, trasformando la luz (energía cinética) en energía química potencial. Los glúcidos son los compuestos más abundantes de la naturaleza encontrándose incluso en la quitina, exoesqueleto de los crustáceos y en insectos. 3
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Son importantes componentes de los seres vivos destacándose en vegetales por su papel estructural (ej. celulosa), tanto como por su función en la obtención de energía (almidón). Se encuentran ampliamente distribuidos en tejidos animales, disueltos en los humores orgánicos y formando parte de estructuras complejas. Comenzando el estudio de las células desde afuera hacia adentro, asociamos el concepto glúcidos a la Pared celular de Microorganismos y vegetales y a la Cobertura celular en las células de nuestro cuerpo. 5
GLUCIDOS La fórmula empírica C n (H 2 O) n sólo representa a los monosacáridos (monómeros que son constituyentes de los oligo y polisacáridos). Químicamente los monosacáridos son aldehidos o cetonas polihidroxilados. Los disacáridos estan formados por dos monosacáridos unidos por una unión glicosídica (tipo éter) formada por pérdida de una molécula de agua. Los oligosacáridos son estructuras formadas por tres a diez monosacáridos unidos por sendas uniones glicosídicas (tipo éter) formadas por pérdida de moléculas de agua. 6
Los polisacáridos son biopoliméros que estan formados por más de diez monosacáridos, unidos por uniones glicosídicas (poliósidos), formadas por pérdida de agua. La participación porcentual de los glúcidos en la estructura celular es escasa, pero cualitativamente es vital ya que, formando glucoproteínas o lipoproteínas provee diferentes funciones: Grupos sanguíneos, Adhesión celular, Reconocimiento celular en tejidos, Función inmunológica en reacciones antígeno anticuerpos, Reacciones enzima - sustrato, droga - receptor y receptores hormonales. 7
FUNCIONES DE LOS GLÚCIDOS Combustible y almacenamiento de energía Componentes de los ácidos nucleicos Paredes celulares de bacterias Elementos estructurales Paredes celulares de plantas Tejido conectivo Adhesión celular Lubricante 8
CLASES DE GLÚCIDOS Monosacáridos Aldosas y sus derivados Cetosas y derivados Oligósidos u Oligosacáridos: (disacáridos,trisacáridos, etc) Poliósidos o Polisacáridos (10 o más monosacáridos) Homopolisacárido Heteropolisacárido Reserva Estructural 9
MONOSACARIDOS Son los glúcidos más simples, son solubles en agua y la mayoría tiene sabor dulce Cadena no ramificada, los carbonos están unidos a grupos hidroxilo y a un grupo carbonilo (aldehido o cetona) Los átomos de carbono de las osas se numeran de un extremo a otro de la molécula, por su estado de oxidación: En aldosas el C1 es el que posee el grupo aldehído En las cetosas el C1 es el mas próximo al carbono unido a la cetona que está en el C 2. 10
MONOSACÁRIDOS Aldosa Cetosa 11
Los monosacáridos se clasifican, en función del número de carbonos de la molécula, en: Triosas: 3 Carbonos Tetrosas: 4 C Pentosas: 5 C Hexosas: 6 C Heptosas: 7 C Según la naturaleza de la función carbonílica: Aldosas: grupo aldehído Cetosas: grupo cetona 12
Carbono quiral: asimétricamente sustituido con cuatro sustituyentes distintos. Todos los monosacáridos excepto la dihidroxiacetona, contienen uno o más carbonos quirales, por lo cual existen isómeros ópticos o enantiómeros. Enantiómeros: Imagenes especulares no superponibles uno del otro y que se denominan D-gliceraldehido y L-gliceraldehido. 13
Por poseer carbonos quirales, desvían el plano de la luz polarizada, por lo que presentan actividad óptica y poder rotatorio. Si el monosacárido desvía la luz a la derecha es dextrógiro (+) Si desvía a la izquierda es levógiro y el poder rotatorio tiene signo (-) Los compuestos Enantiómeros poseen poderes rotatorios de igual valor pero de signos opuestos. 14
Epímeros: sólo difieren en la configuración de un carbono asimétrico D-glucosa y D-manosa son epímeros del C 2 D-glucosa y D-galactosa son epímeros del C 4 D - Manosa D - glucosa D - Galactosa Las series D o L indican la posición del sustituyente en el penúltimo átomo de carbono, a la derecha o izquierda respecto a la estructura del grupo carbonilo. 15
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MONOSACÁRIDOS D-ALDOSAS 18
MONOSACÁRIDOS D-CETOSAS 19
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El monosacárido en solución acuosa adopta forma cíclica El grupo carbonilo forma un enlace covalente con el oxigeno del hidroxilo del carbono 5 Al ciclarse se genera un nuevo carbono asimétrico: carbono anomérico Anómeros: se diferencian por la configuración del carbono anomérico Mutarrotación: interconversión entre las formas a y b en solución acuosa 21
α- D-Glucopiranosa 22
La forma más estable de la fructosa en solución es la furanosa 23
Proyección de Haworth Anómeros de la D-Glucosa y de la D-Fructosa 24
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Los monosacáridos son agentes reductores, pueden oxidarse reduciendo al Fe + 3 y Cu + 2 Se oxida sólo en las estructuras lineales Si el carbono anomérico forma parte de un enlace, la molécula no se puede oxidar y es no reductor 26
Acido Glucónico Acido Glucurónico 27
Productos de reducción de glucosa 28
Desoxiazúcares 29
Aminoazúcares 30
Aminoazúcares ácidos 31
DISACARIDOS Algunos son edulcorantes naturales, como la sacarosa (origen vegetal) y la lactosa (leche). Otros son el producto de la hidrólisis enzimática de los polisacáridos como la celulosa (celobiosa) o el almidón (maltosa). 32
DISACÁRIDOS Dos monosacáridos se unen covalentemente mediante enlace O-glicosídico. El grupo OH de un azúcar reacciona con el C anomérico de otro con pérdida de una molécula de agua Extremo reductor 33
Presentes en la leche Azúcares sintetizados por plantas Azúcares no reductores Hemolinfa de insectos 34
LACTOSA 35
SACAROSA 36
POLISACÁRIDOS Constituyen la mayoría de los glúcidos existentes en la naturaleza Formados por un elevado número de monosacáridos unidos mediante enlace O-glucosídico, químicamente son poliéteres El número de monosacáridos y la existencia o no de ramificaciones varía mucho de un compuesto a otro 37
POLISACÁRIDOS HOMOGÉNEOS: HOMOPOLISACÁRIDOS Formados por un único tipo de monosacárido: Glucanos, mananos. Funciones de reserva energética: Almidón (vegetales) Glucógeno (animales) Funciones estructurales: Celulosa (vegetales) Quitina (animales) 38
POLISACÁRIDOS HETEROGÉNEOS: HETEROPOLISACÁRIDOS Contienen un número elevado de dos o más tipos distintos de monosacáridos unidos por enlaces O- glicosídicos Algunos son elementos esenciales de la matriz extracelular, donde pueden encontrarse solos o unidos a proteínas (proteoglucanos): mucopolisacáridos También pertenecen a este grupo los componentes de la pared celular bacteriana: peptidoglucanos 39
ALMIDÓN: reserva energética en las plantas Se encuentra en forma de gránulos de gran tamaño en el estroma de cloroplastos y de los amiloplastos de todas las celulas vegetales Compuesto por dos sustancias distintas, ambas polímeros de glucosa: amilosa y amilopectina Amilosa: 15 30% Amilopectina: 70-85% 40
AMILOSA Polímero lineal de unidades de D-glucosa unidas por enlaces O-glucosídicos α1-4 Tienen una longitud variable: 200 a 3000 glucosas Tiene un extremo reductor y el resto es no reductor Es muy poco soluble en agua, forma micelas en las que adopta una conformación helicoidal Regiones hidrofóbicas en el interior donde se aloja el yodo. Color azul con reactivo yodo-ioduro (Lugol) 41
AMILOPECTINA polímero de D-glucosa altamente ramificado Enlaces α(1-4) con puntos de ramificacion α(1-6) Ramificaciones cada 12 a 30 residuos de glucosa El tamaño medio de una rama es de 30 residuos Tiene un extremo reductor y un gran numero de extremos no reductores. Fácil liberación Con Lugol da color rojizo 42
El almidón es una fuente esencial de alimento para el hombre. Es un biopolímero que, por su tamaño, no puede ingresar a las células. Para que pueda ser absorbido como glucosa por el intestino debe ser digerido por enzimas del tracto digestivo Actúan las α amilasas: salival y pancreática que hidrolizan los enlaces α (1-4) internos 43
Amilosa ALMIDÓN Amilopectina 44
AMILOSA 45
AMILOPECTINA 46
GLUCÓGENO Es el polisacárido de reserva energética más importante en las células animales 4% del hígado y 1% de la masa muscular esquelética contienen glucógeno En el citosol se encuentran en forma de gránulos de tamaño variable los cuales contienen las enzimas que catalizan su síntesis y degradación Es esencial para mantener los niveles de glucosa 47
Polímero ramificado de D-glucosa Cadenas con enlaces O-glucosídicos α (1-4) con ramificaciones mediante enlaces α (1-6) cada 8-12 residuos de glucosa Es más ramificado y compacto que la amilopectina Formado por 30.000 unidades de glucosa Un extremo reductor y muchos no reductores sobre los que actúan las enzimas del tracto digestivo que lo hidrolizan hasta glucosa 48
GLUCÓGENO: POLISACÁRIDOS DE RESERVA ANIMAL 49
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CELULOSA Es el polisacárido estructural de las plantas y es el compuesto orgánico mas abundante de la biosfera Se encuentra en las paredes celulares de casi todas las plantas, proporcionando estructura física y fuerza Constituye la madera de los árboles y forma las fibras del algodón 51
Homopolímero lineal de D-glucosa unidas por enlaces β (1-4) La configuración β permite formar cadenas muy largas y rectas con puentes hidrógeno intracatenarios entre el O de la piranosa y el OH del C3 del siguiente Las cadenas se disponen paralelas por medio de enlaces puente hidrógeno intercatenario formando hojas planas que se disponen en forma escalonada 52
No puede ser digerida por las enzimas del tracto digestivo de los mamíferos ya que éstas no pueden hidrolizar los enlaces β glucosídicos Por ello no puede utilizarse para obtener energía Para el hombre es la fibra no digerible necesaria para un buen tránsito intestinal Los rumiantes tienen enzimas celulasas que pueden hidrolizar los enlaces β 1-4 liberando glucosa como alimento 53
CELULOSA 54
Estructura de la Pared Celular 55
Estructura de la Pared Celular La pared celular esta constituida por los biopolímeros:. Celulosa. Hemicelulosa. Pectina. Extensina 56
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QUITINA Similar a la celulosa por su función y estructura Forma parte de la pared celular de hongos, algas Fundamental en el exoesqueleto de insectos, crustáceos, como matriz para la mineralización En la industria: obtención de quitosano, con aplicación en el campo farmacéutico Constituída por la unión de unidades de N-acetilglucosamina mediante enlaces O-glucosídicos β (1-4) que forman cadenas rígidas 58
QUITINA 59
HETEROPOLISACARIDOS 60
MUCOPOLISACÁRIDOS ACIDOS (GLUCOSAMINOGLUCANOS) Son heterogéneos, lineales, formados por condensación de un gran número de unidades disacáridas Disacárido: N-acetil-glucosamina o N-acetil-galactosamina y un ácido glucurónico Son de elevado carácter ácido Función estructural Componentes de la matriz extracelular de los tejidos junto con el colágeno y elastina 61
ACIDO HIALURÓNICO Forma parte de la matriz extracelular del tejido conjuntivo: cartílagos y tendones, aporta resistencia a la tensión y elasticidad En el líquido sinovial de las articulaciones como lubricante En el humor vítreo del ojo aumenta viscosidad Fija agua y adquiere viscosidad al medio 62
Formado por unas 25.000 a 50.000 unidades del disacárido: ácido D-glucurónico unido por enlace O-glucosídico β (1-3) a una molécula de N-acetil-D-glucosamina Los disacáridos estan unidos mediante enlaces O-glucosídico β (1-4) 63
HEPARINA Mucopolisacárido con funciones de secreción, no estructurales Anticoagulante que impide la coagulación de la sangre Abundante en todos los tejidos: hígado, pulmón y músculo. 64
Su unidad disacárida está formada por: ácido D-glucurónico-2 sulfato unido por enlace O-glucosídico α (1-4) a N-sulfo D-glucosamina 6 sulfato. La unión entre las unidades de disacárido es α(1-4). 65
CUBIERTAS CELULARES BACTERIANAS Las bacterias tienen paredes celulares que protegen su contenido celular, mantienen su forma e impiden que se hinchen o se contraigan en la solución osmótica donde se encuentran Son sintetizadas por la bacteria Compuestas por polisacáridos unidos a proteínas Se denomina peptidoglucano y se encuentra tanto en bacterias GRAM(-) como en GRAM(+) 66
BACTERIA GRAM POSITIVA PARED CELULAR (PEPTIDOGLUCANO) MEMBRANA PLASMATICA CITOPLASMA 67
BACTERIA GRAM NEGATIVA OTRAS MEMBRANAS PARED CELULAR CONPEPTIDOGLUCANO ESPACIO PERIPLASMICO MEMBRANA PLASMATICA CITOPLASMA 68
El peptidoglucano consiste en una estructura entrecruzada contínua dispuesta alrededor de la célula Formado por largas cadenas de heteropolisacáridos de N-acetil-D-glucosamina y N-acetil-Murámico que se alternan unidos por enlaces β (1-4) Entrecruzadas mediante pequeños péptidos 69
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ACIDO N-ACETIL MURAMICO N-ACETIL GLUCOSAMINA CADENA PEPTIDICA PUENTE DE PENTAGLICINAS 71
GRUPOS SANGUINEOS La superficie de glóbulos rojos y de otras células poseen glicoproteínas y glicolípidos que actúan como antígenos. Según la composición de los oligosacáridos en estas moléculas, es posible clasificar a los indivíduos en una población en cuatro grupos: 0, A, B y AB. 72
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