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TEMA 2

Glúcidos

Cuando termines de estudiar este tema deberás saber: • •

Cuáles son las características generales de los glúcidos. La clasificación de los glúcidos según el grupo funcional (aldosas y cetosas) y según su complejidad (monosacáridos, disacáridos y polisacáridos).

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Qué es un monosacárido y sus características generales físicas y químicas. Los tipos de estereoisómeros que se pueden distinguir en los monosacáridos: enantiómeros (formas D y L), epímeros y anómeros (formas  y ). Qué es la actividad óptica y saber citar ejemplos de formas dextrógiras (+) y levógiras (-). Cómo obtener las formas cíclicas (piranósicas y furanósicas) a partir de las representaciones lineales de los monosacáridos. Citar ejemplos y funciones de monosacáridos de interés biológico: gliceraldehído, ribulosa, desoxirribosa, glucosa, fructosa, galactosa, etc. Reconocer la fórmula lineal y la cíclica de la glucosa.

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En qué consiste el enlace O-glucosídico y sus tipos (monocarbonílico y dicarbonílico). Reconocer el enlace O-glucosídico en representaciones moleculares.

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El concepto general de oligosacárido. Qué es un disacárido y sus características generales. La función y localización de discárids como: maltosa, lactosa, sacarosa, celobiosa, etc.

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Polísacáridos: concepto, propiedades. Distinguir entre homopolisacáridos y heteropolisacáridos. La función y localización de homopolisacáridos como: almidón, glucógeno, celulosa y quitina. La función y localización de heteropolisacáridos como: mucopolisacáridos, agar-agar y hemicelulosa.

El concepto de heterósido y citar ejemplos como glucolípidos y glucoproteínas.

Rconocer en representaciones moleculares cuáles son glúcidos y los enlaces que contienen.

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I. CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN. FUNCIONES BIOLÓGICAS - Biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O. - Químicamente se pueden definir como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. - Clasificación:

Osas Sencillos, no hidrolizables

Monosacáridos

Oligosacáridos 2 a 10 monosacáridos Holósidos Ósidos

Solo monosacáridos

Polisacáridos Más de 10 monosacáridos

Complejos, hidrolizables

Homopolisacáridos Monosacáridos iguales Heteropolisacáridos Monosacáridos diferentes

Heterósidos Monosacáridos + parte no glucídica (aglucón)

- Funciones biológicas: energética, estructural y reconocimiento celular. II. MONOSACÁRIDOS A. Concepto y clasificación - Azúcares sencillos, no hidrolizables, de 3 a 7 átomos de C. Según el número de carbonos se pueden dividir en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas. Según el grupo funcional distinguimos aldosas, con un grupo aldehído, y cetosas, con un grupo cetona. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GLÚCIDOS 1


B. Propiedades físicas - Sólidos, blancos, cristalizables. Solubles en agua (debido a que son compuestos polares). Generalmente dulces. - Presentan estereoisomería. Los estereoisómeros se diferencian por la disposición espacial de los grupos funcionales. La estereoisomería está ligada siempre a la presencia de carbonos asimétricos (centros quirales), que son aquellos que tienen cuatro radicales diferentes. El número de esteroisómeros que tiene un compuesto es 2 n, siendo n el número de carbonos asimétricos. Enantiomorfos o enantiómeros: cuando los estereoisómeros son imágenes especulares, ya que tienen todos los radicales de los carbonos asimétricos en posiciones invertidas. Se nombran como formas D y L con el mismo nombre propio a continuación (D-glucosa y L-glucosa, por ejemplo). Los enantiómeros tienen propiedades idénticas, excepto el sentido en el que desvían el plano de la luz polarizada. Los monosacáridos de los seres vivos son de la forma D. Epímeros: son estereoisómeros que se diferencian por la posición de un grupo -OH de un carbono asimétrico, como ocurre entre la D-glucosa y la D-galactosa, por ejemplo. Los epímeros tienen propiedades diferentes.

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- La capacidad de desviar el plano de luz polarizada se conoce como actividad óptica y se relaciona con la estereoiso mería. Las sustancias que desvían el plano de luz polarizada hacia la derecha se denominan dextrógiras (+), y las que lo desvían a la izquierda levógiras (-). C. Propiedades químicas - Los monosacáridos son azúcares reductores ya que el grupo carbonilo puede oxidarse y formar un ácido orgánico. En el laboratorio se usa el reactivo de Fehling para detectar este carácter reductor. - Pueden formar ésteres por la reacción de un grupo hidroxilo con un ácido, liberando una molécula de agua. Como ve rás más adelante, son frecuentes los ésteres fosfóricos y sulfúricos de los monosacáridos. La glucosa-6-fosfato es importante en el metabolismo. - Formación de glucósidos: cuando el OH del carbono anomérico (→ estructura de las pentosas y hexosas en disolución) de un monosacárido reacciona con un alcohol se origina un O-glucósido y cuando reacciona un grupo amino da lugar a un N-glucósido. Los oligosacáridos y polisacáridos tienen enlaces O-glucosídicos. La unión entre la pentosa y la base nitrogenada en los nucleósidos y nucleótidos (→ tema 5) es de tipo N-glucosídico. D. Principales monosacáridos 1. Triosas - Gliceraldehído y dihidroxiacetona – importantes intermediarios metabólicos. 2. Pentosas - Ribosa – componente de ribonucleótidos (ATP, nucleótidos del RNA). - Desoxirribosa (es un desoximonosacárido: el OH del carbono 2 está sustituído por un H) – componente de desoxi rribonucleótidos (nucleótidos del DNA) - Ribulosa – un doble éster fosfórico de este compuesto, la ribulosa-1,5-difosfato es responsable de la fijación del CO2 en la fotosíntesis. 3. Hexosas - Glucosa (dextrosa) – función energética: la oxidación controlada de la glucosa en las mitocondrias, en el proceso metabólico conocido como respiración celular, es el principal medio de obtener energía de las células eucarióticas (podemos decir que es el principal combustible metabólico). También es componente de polisacáridos estructurales y de reserva energética, como veremos más adelante. La glucosa aparece libre en jugos vegetales (“azúcar de uva”) y también en la sangre de los animales. El nivel de glucosa en sangre o glucemia se mantiene constante por la acción de las hormonas insulina (reduce el nivel favoreciendo la formación de glucógeno en el hígado) y glucagón (aumenta el nivel provocando la liberación de glucosa a partir del glucógeno). - Galactosa – Combustible metabólico. Forma parte de la lactosa (azúcar de la leche). También de polisacáridos complejos (gomas y mucílagos). - Fructosa (levulosa) – Combustible metabólico. Forma parte de la sacarosa. Aparece en frutas y líquidos seminales. 4. Estructura de las pentosas y hexosas en disolución - La estructura lineal (proyección de Fischer) no explica el comportamiento de los monosacáridos en disolución, que se comportan como si existiese un carbono asimétrico más que los que aparecen en esta representación. - Estructura cíclica (proyección de Haworth) Cuando se encuentran en disolución, los monosacáridos de 5 o más átomos de carbono adoptan una estructura cíclica por la formación de un enlace intramolecular al reaccionar el grupo carbonilo con un OH de un carbono alejado de este en la cadena (normalmente es el OH del carbono asimétrico más alejado del carbono carbonílico). El resultado es la formación de lo que se conoce como un hemiacetal (aldosas) o hemicetal (cetosas) intramoleculares.

Formación de un hemiacetal intramolecular en la glucosa En el último dibujo la flecha señala la posición del carbono anomérico. En el anómero  el OH estaría hacia arriba

Formación de un hemicetal intramolecular en la fructosa

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En la forma lineal el carbono carbonílico no es asimétrico. Sin embargo, al formarse el enlace intramolecular este carbono se convierte en un nuevo centro de asimétría y aparecen nuevos estereoisómeros denominados anómeros (carbono anomérico). Estas dos nuevas formas estereoisómeras del monosacárido se denominan  (se representa con el OH hacia abajo) y  (hacia arriba). La nomenclatura de los monosacáridos en su forma cíclica se hace anteponiendo la letra que identifica el anómero ( o ) y a continuación el nombre del monosacárido terminado en -piranosa o -furanosa dependiendo de si el anillo resultante tiene 5 o 6 vértices respectivamente. En las ilustraciones que aparecen aquí arriba puedes ver un par de ejemplos. Si obtenemos una muestra pura de un monosacárido de la forma  o  y medimos su actividad óptica, podremos observar que el ángulo que desvía el plano de luz polarizada va cambiando hasta que se estabiliza en un valor determinado. Este fenómeno, denominado mutarrotaciónse debe a que se produce la transformación de un anómero en otro hasta que se alcanza un equilibrio. En la glucosa este equilibrio se alcanza cuando en la disolución hay 1/3 de la forma y 2/3 de la , aproximadamente. 5. Derivados de monosacáridos: desoxiazúcares, ácidos urónicos, aminoazúcares - Desoximonosacáridos – Reducción de un grupo hidroxilo. Desoxirribosa - Acidos urónicos – Oxidación de un –OH primario formando un grupo carboxilo. Ac. glucurónico y ac. galacturónico. - Aminoazúcares – Sustitución de un –OH por un –NH2. Glucosamina. III. DISACÁRIDOS A. Concepto - Oligosacáridos formados por la unión de dos monosacáridos unidos mediante un enlace O-glucosídico. B. Enlace O-glucosídico - Sirve de unión entre los monosacáridos que constituyen los oligosacáridos y los polisacáridos. - El enlace O-glucosídico se forma al interaccionar el OH del carbono anomérico de un monosacárido con otro OH, anomérico o no, de un segundo monosacárido, desprendiéndose una molécula de agua. Dependiendo de si intervienen uno o dos OH anoméricos podemos distinguir enlaces monocarbonílicos y dicarbonílicos - Enlace monocarbonílico (nomenclatura: -osil -osa)

Formación de un enlace monocarbonílico 1→ 4 Los carbonos carbonílicos están señalados con una flecha

- Enlace dicarbonílico – Pierden la capacidad reductora al no quedar carbonos carbonílicos libres (nomenclatura: -osil -ósido)

Formación de un enlace dicarbonílico 1→ 2

C. Propiedades - Sólidos cristalizables, dulces y solubles en agua. - Mediante hidrólisis se desdoblan en monosacáridos. - Excepto los que presentan enlace dicarbonílico, los disacáridos, igual que los monosacáridos tiene carácter reductor. D. Principales disacáridos 1. Maltosa (-D-glucopiranosil (1→ 4) -D-glucopiranosa). Producto de la hidrólisis del almidón y el glucógeno. 2. Celobiosa (-D-glucopiranosil (1→ 4) -D-glucopiranosa). Producto de la hidrólisis de la celulosa. 3. Lactosa (-D-galactopiranosil (1→ 4) -D-glucopiranosa). Combustible metabólico. Se encuentra en la leche. 4. Sacarosa (-D-glucopiranosil (1→ 2) -D-fructofuranosido). Combustible metabólico. Por su solubilidad, actúa como forma de transporte de carbohidratos en los vegetales. Es el azúcar común que se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera, en los que está especialmente concentrado. El néctar de las flores contiene sacarosa que es degradado en el tubo digestivo de las abejas por la acción de el enzima invertasa, transformándolo en miel, cuyos componentes mayoritarios son glucosa y fructosa. No reductor por la presencia de un enlace dicarbonílico. IV. POLISACÁRIDOS A. Concepto - Macromoléculas formadas por polimerización de monosacáridos unidos entre sí mediante enlaces O-glucosídicos. B. Propiedades - Peso molecular elevado (son macromoléculas). - Hidrolizables: por hidrólisis pueden generar oligosacáridos y monosacáridos. - No dulces. - Insolubles. - No reductores debido a la presencia de escasos grupos carbonilo libres. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GLÚCIDOS 4


C. Principales polisacáridos 1. Homopolisacáridos. - Polímeros de un único tipo de monosacáridos. - Los que presentan formas  son más resistentes a la hidrólisis y suelen tener función estructural. - Los polímeros de la -D-glucopiranosa (almidón, glucógeno y dextranos) actúan como reservas energéticas y son hidrolizados en glucosas cuando ésta es necesaria. La acumulación de glucosa libre en las células generaría problemas osmóticos.

- Almidón: Polímero de la -D-glucopiranosa. Presenta dos formas estructurales: amilosa y amilopectina. Amilosa, forma helicoidal no ramificada (enlaces -1→4). Atacada por las amilasas rindiendo maltosas y glucosas. Las maltosas son hidrolizadas por las maltasas. Amilopectina, forma helicoidal ramificada (hay una ramificación cada 20 ó 25 glucosas). La cadena principal tiene enlaces -1→ 4 y las ramificaciones -1→ 6. Atacada por las amilasas, que rompen los enlaces 1→ 4, y los enzimas desramificantes, que actúan sobre los enlaces 1→ 6. El almidón es el principal polisacaridos de reserva energética en vegetales. Es, además, el hidrato de carbono más importante en la nutrición humana. Aparecen formando gránulos característicos denominados amiloplastos. Muy abundante en los cereales, donde constituye un 75% del peso seco, en la patata, en la que alcanza un 65% y en otros órganos de reserva vegetales. - Glucógeno Semejante a la amilopectina pero más ramificada (cada 8 ó 10 glucosas). Es el principal polisacárido de reserva energética en los animales. Se acumula en el hígado y en los músculos. Su síntesis y degradación están regulados por complejos procesos en los que intervienen las hormonas insulina y glucagón. - Dextranos Polímero de la D-glucopiranosa con enlaces -1→ 6. Ramificaciones en posición variable. Actúan como reserva en levaduras y bacterias. - Celulosa Polímero de la -D-glucopiranosa (enlaces -1→ 4). Estructura lineal no ramificada. Es el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza, constituyendo casi la mitad de la biomasa total. Es muy estable y resistente a la hidrólisis química y enzimática. Función estructural en vegetales: principal componente de la pared celular. El agodón es en un 98% celulosaSu estructura lineal favorece la disposición en paralelo de varias moléculas que se unen mediante puentes de hidrógeno. Las fibras de celulosa pueden legar a estar formadas por hasta 10 4 glucosas, alcanzando longitudes de entre 6 y 8 m y masas moleculares que pueden estar entre 1 y 2 millones de unidades de masa atómica. Difícilmente digerible, solo ciertas bacterias (como las que viven en simbiosis en el estómago de los rumiantes) producen enzimas capaces de hidrolizar la celulosa. - Quitina Polímero de N-acetilglucosamina (enlaces -1→ 4) Función estructural: principal componente de la pared celular de los hongos y del exoesqueleto de artrópodos. - Pectina Polímero del ácido D-metilgalacturónico. Forma parte de la pared celular vegetal actuando, junto a la hemicelulosa y la extensina (una proteína similar al colágeno), en la unión de las microfibrillas de celulosa (formadas cada una por unas 20 fibrillas elementales de celulosa). 2. Heteropolisacáridos - Poseen más de un tipo de monosacárido. - Agarosa Polímero de la galactosas y ésteres sulfúricos de la misma. Se extrae de las algas rojas y se emplea en el laboratorio como gelificante para la elaboración de medios de culti vo bacterianos.También se utiliza en la industria cosmética y alimentaria para dar consistencia a los productos. - Hemicelulosa Polímero de la D-xilosa (una aldopentosa) con enlaces -1→ 4 y ramificaciones de otros monosacáridos. Junto a las pectinas, forma parte de los polisacáridos entrelazadores de la pared celular vegetal. - Mucopolisacáridos (glucosaminoglucanos) Son polímeros de disacáridos en los que uno de los dos azúcares es siempre un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina) y son abundantes los ésteres sulfúricos y los ácidos urónicos. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- GLÚCIDOS 5


La mayoría aparecen ligados a proteínas formando proteoglucanos en la matriz extracelular y en las secreciones mucosas. El ácido hialurónico es un mucopolisacádo que constituye el componente principal de la matriz del tejido conjuntivo. Forma parte del líquido sinovial, del cristalino y de las cubiertas del óvulo. Otros mucopolisacáridos son la heparina (anticoagulante), el condroitín-sulfato (que aporta al cartílago sus propiedades mecánicas) o el queratán-sulfato (aparece en la córnea y en los discos intervertebrales, entre otros). 3. Heterósidos - Estos polisacáridos, además de monosacáridos, tienen una parte no glucídica, denominada aglucón. - La asociación de glúcidos y proteínas se denomina proteoglucano, cuando domina la parte glucídica, o glucoproteína, cuando predomina la parte proteica. - Entre los proteoglucanos podemos destacar los constituidos por mucopolisacáridos, ya citados anteriormente y los peptidoglicanos, que son componentes de la pared bacteriana y están constituidos por cadenas de N-acetil-glucosamina y N-acetil-murámico conectadas por péptidos. Muchos antibióticos, como las penicilinas y cefalosporinas, actúan bloqueando el enzima que cataliza la unión entre los péptidos de las cadenas individuales, debilitando así la pared celular y provocando la destrucción de las bacterias sin afectar a nuestras células, que no poseen dicho enzima.

Estructura del peptidoglucano (mureína): NAG – N-acetilglucosamina; NAM – N-acetilmurámico.

- Glucoproteínas segregadas. La mayor parte de las proteínas segregadas por las células son glucoproteínas y desempeñan funciones diversas. Como ejemplos de glucoproteínas segregadas por las células podemos citar las inmunoglobulinas (anticuerpos), algunas hormonas, factores de coagulación, proteína anticongelante, … - Glucolípidos y glucoproteínas de membrana. En la superficie externa de la membrana celular aparecen oligosacáridos unidos a los lípidos y proteínas de la membrana formando glucolípidos y glucoproteínas. Tanto unos como otros sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. También son los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.

Cuestiones de selectividad http://pdf.manuelgvs.com/bio/selectividad-biologia-2.pdf

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Tema 2 Glúcidos  

Apuntes del Tema 2 Glúcidos. Curso de Biología de 2º de bachillerato

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