Introducción al estudio de la Química de los carbohidratosIntroducción al estudio de la Química de los carbohidratos

Clasificación de los carbohidratosLas funciones de los carbohidratosLas funciones de los carbohidratos

MMonosacáridos y polisacáridosonosacáridos y polisacáridosPiranosas y furanosasPiranosas y furanosas

Clasificación de los carbohidratos por el número de átomos de CarbonoClasificación de los carbohidratos por el número de átomos de Carbono

CARBOHIDRATOS - GLÚCIDOSCARBOHIDRATOS - GLÚCIDOS

Los carbohidratos, conocidos también como hidratos de Los carbohidratos, conocidos también como hidratos de Carbono, glúcidos o azúcares (Carbono, glúcidos o azúcares (sakcharonsakcharon, azúcar), son , azúcar), son compuestos orgánicos formados en su mayoría por compuestos orgánicos formados en su mayoría por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, aunque en algunos, se Carbono, Hidrógeno y Oxígeno, aunque en algunos, se encuentran también el azufre y nitrógeno.encuentran también el azufre y nitrógeno.

Los carbohidratos o azúcares, son compuestos formados Los carbohidratos o azúcares, son compuestos formados por Carbono, hidrógeno y oxígeno que son sintetizados a por Carbono, hidrógeno y oxígeno que son sintetizados a partir de COpartir de CO22 (bióxido de Carbono) y de H (bióxido de Carbono) y de H22O (agua) por O (agua) por los organismos fotosintéticos mediante el aprovechamiento los organismos fotosintéticos mediante el aprovechamiento de la energía de la luz solar (fotosíntesis), o bien por rutas de la energía de la luz solar (fotosíntesis), o bien por rutas sintéticas en los organismos heterótrofos, aunque el mayor sintéticas en los organismos heterótrofos, aunque el mayor aporte de los mismos para estos organismos esta dado por aporte de los mismos para estos organismos esta dado por la dieta.la dieta.

Cabe señalar que el agua está formada por O e H Cabe señalar que el agua está formada por O e H en una proporción 1:2, y en los carbohidratos, la en una proporción 1:2, y en los carbohidratos, la relación de átomos de C y moléculas de agua está relación de átomos de C y moléculas de agua está en una proporción de 1:1, de ahí su nombre: en una proporción de 1:1, de ahí su nombre: hidratos de Carbono.hidratos de Carbono.

La palabra carbohidratos deriva de la condición La palabra carbohidratos deriva de la condición empírica de sus fórmulas moleculares:empírica de sus fórmulas moleculares:

Cm (HCm (H22O)nO)n

CLASIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOSCLASIFICACIÓN DE CARBOHIDRATOSa. Monosacáridos Llamados azúcares simples. Constan de una sola molécula de olihidroxialdehído o de

polihidroxicetona. La glucosa es el más importante y es la unidad monomérica de los dos

polisacáridos más abundantes.

b. Oligosacáridos Consisten de 2 a 10 unidades de monosacáridos unidos por enlaces

glucosídicos. Los más importantes son los disacáridos y los trisacáridos. Los más importantes son la sacarosa, lactosa, maltosa.

c. Polisacáridos Constan de largas cadenas de unidades de monosacáridos. Pueden ser

lineales o ramificadas. Se clasifican en Homopolisacáridos u homoglucanos (tienen una sola clase

de monosacáridos), y Heteropolisacáridos o heteroglucanos (contienen mas de una sola clase de monosacáridos.

FUNCIONES DE CARBOHIDRATOSFUNCIONES DE CARBOHIDRATOSEn los seres vivos las funciones de los carbohidratos se En los seres vivos las funciones de los carbohidratos se pueden generalizar en:pueden generalizar en:

Energéticas (glucógeno en animales y Energéticas (glucógeno en animales y almidón en vegetales, bacterias y hongos)almidón en vegetales, bacterias y hongos)

De reserva: Los carbohidratos se almacenan De reserva: Los carbohidratos se almacenan en forma de almidón en los vegetales en forma de almidón en los vegetales (gramíneas, leguminosas y tubérculos) y de (gramíneas, leguminosas y tubérculos) y de glucógeno en los animales. Ambos glucógeno en los animales. Ambos polisacáridos pueden ser degradados a polisacáridos pueden ser degradados a glucosa. glucosa.

Compuestos estructurales (como la celulosa Compuestos estructurales (como la celulosa en vegetales, bacterias y hongos y la quitina en vegetales, bacterias y hongos y la quitina en artrópodos) en artrópodos)

Precursores: Los carbohidratos son Precursores: Los carbohidratos son precursores de ciertos lípidos, proteínas y precursores de ciertos lípidos, proteínas y dos factores vitamínicos, el ácido ascórbico dos factores vitamínicos, el ácido ascórbico (vitamina C) y el inositol.(vitamina C) y el inositol.

Señales de reconocimiento (como la matriz Señales de reconocimiento (como la matriz extracelular): Los carbohidratos intervienen extracelular): Los carbohidratos intervienen en complejos procesos de reconocimiento en complejos procesos de reconocimiento celular, en la aglutinación, coagulación y celular, en la aglutinación, coagulación y reconocimiento de hormonas.reconocimiento de hormonas.

MONOSACÁRIDOSMONOSACÁRIDOS Los monosacáridos son polihidroxialdehídos Los monosacáridos son polihidroxialdehídos

o polihidroxicetonas. o polihidroxicetonas.

La La estructuraestructura contiene pues, varios grupos contiene pues, varios grupos hidroxilos y un hidroxilos y un grupogrupo carbonilo. El sufijo que carbonilo. El sufijo que se utiliza al referirnos a ellos es "osa".se utiliza al referirnos a ellos es "osa".

Una hexosa es por tanto, un monosacárido Una hexosa es por tanto, un monosacárido de seis átomos de carbono. de seis átomos de carbono.

Si el carbonilo se presenta como aldehído Si el carbonilo se presenta como aldehído será una aldohexosa y si se presenta de será una aldohexosa y si se presenta de forma similar a una cetona, diremos es una forma similar a una cetona, diremos es una cetohexosa.cetohexosa.

CLASIFICACIÓN DE MONOSÁCÁRIDOS POR EL CLASIFICACIÓN DE MONOSÁCÁRIDOS POR EL NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONONÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO

Triosas: Triosas: gliceraldehídogliceraldehído ( (aldotriosaaldotriosa) y ) y dihidroxiacetonadihidroxiacetona.(.(cetotriosacetotriosa))

Tetrosas: Tetrosas: eritrosaeritrosa, treosa , treosa ((tetraaldosastetraaldosas) y eritrulosa () y eritrulosa (tetracetosatetracetosa) )

Pentosas: Pentosas: ribosaribosa, , arabinosaarabinosa, , xilosaxilosa, , lixosalixosa ( (pentoaldosaspentoaldosas), ), ribulosaribulosa y y xilulosa (xilulosa (pentocetosaspentocetosas).).

Hexosas: alosa, altrosa, Hexosas: alosa, altrosa, glucosaglucosa, , manosamanosa, gulosa, idosa, , gulosa, idosa, galactosagalactosa, , talosa (talosa (hexoaldosashexoaldosas), psicosa, ), psicosa, fructosafructosa, , sorbosa y tagatosa (sorbosa y tagatosa (hexocetosashexocetosas).).

Heptosas, etc.Heptosas, etc.

La mayoría de los monosacáridos La mayoría de los monosacáridos naturales son pentosas o naturales son pentosas o hexosas.hexosas.

Para representar estructuras de carbohidratos, se Para representar estructuras de carbohidratos, se utiliza una representación abreviada, las fórmulas de utiliza una representación abreviada, las fórmulas de proyección de Fischer. proyección de Fischer.

Las fórmulas de proyección de Fischer, resultan Las fórmulas de proyección de Fischer, resultan cómodas para representar estructuras y por tanto, se cómodas para representar estructuras y por tanto, se continúan utilizando, igual que el convenio de continúan utilizando, igual que el convenio de clasificar los carbohidratos como pertenecientes a las clasificar los carbohidratos como pertenecientes a las familias D o L, digamos D(+) gliceraldehido, D familias D o L, digamos D(+) gliceraldehido, D porque el –OH está a la derecha y el signo (+) se porque el –OH está a la derecha y el signo (+) se refiere solo a la rotación de luz polarizada, es una refiere solo a la rotación de luz polarizada, es una molécula dextrógira.molécula dextrógira.

Así un carbohidrato que presenta el –OH del Así un carbohidrato que presenta el –OH del estereocentro más alejado del carbonilo a la derecha, estereocentro más alejado del carbonilo a la derecha, se clasifica como D. se clasifica como D.

Si estuviera a la izquierda, se clasifica como Si estuviera a la izquierda, se clasifica como perteneciente a perteneciente a la familiala familia L o serie L. L o serie L.

Algunas aldopentosas naturales:Algunas aldopentosas naturales:

D-Ribosa, 2- Dexoxi-, D-Xilosa, D-Arabinosa La ribosa y la desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos. La

ribosa también se aísla de la hidrólisis de la riboflavina (vitamina B2). El prefijo "dexoxi" se refiere a que este monosacárido contiene menos átomos de oxígeno que lo común, incumple con la fórmula Cn(H20)n.

La xilosa y la arabinosa, pueden aislarse de los productos de hidrólisis de las resinas vegetales, recibiendo la xilosa también la denominación de "azúcar de madera". La D(-) Arabinosa se encuentra también en bacterias y esponjas.

Las hexosas naturales más comunes son:Las hexosas naturales más comunes son:

D(+)- Glucosa D(+)-Manosa D(+)-Galactosa D(+)- Glucosa D(+)-Manosa D(+)-Galactosa L(+)- Ramnosa D(-)- FructosaL(+)- Ramnosa D(-)- Fructosa

MOLÉCULA DE GLUCOSAMOLÉCULA DE GLUCOSA

La glucosa también recibe el nombre de La glucosa también recibe el nombre de dextrosa por ser dextrorrotatoria (D(+)-dextrosa por ser dextrorrotatoria (D(+)-Glucosa), también azúcar de la Glucosa), también azúcar de la sangresangre, pues , pues está presente en la sangre humana en está presente en la sangre humana en concentración de 65-110 mg/100 ml.concentración de 65-110 mg/100 ml.

Es posiblemente el Es posiblemente el productoproducto natural más natural más abundante pues se encuentra como abundante pues se encuentra como polisacárido en el almidón, la celulosa y el polisacárido en el almidón, la celulosa y el glucógeno. glucógeno.

También aparece combinada como También aparece combinada como disacárido en el azúcar común, la sacarosa disacárido en el azúcar común, la sacarosa (fructosa y glucosa) y en la (fructosa y glucosa) y en la lecheleche de todos de todos los los mamíferosmamíferos, lactosa, azúcar de leche , lactosa, azúcar de leche (galactosa y glucosa).(galactosa y glucosa).

La glucosa, galactosa y ramnosa forman con La glucosa, galactosa y ramnosa forman con frecuencia parte de glucósidos naturales.frecuencia parte de glucósidos naturales.

Los glucósidos son compuestos con una Los glucósidos son compuestos con una estructura formada por uno o más estructura formada por uno o más carbohidratos que se enlazan a una carbohidratos que se enlazan a una molécula que no es un carbohidrato. El molécula que no es un carbohidrato. El conjunto se llama glucósido y la porción que conjunto se llama glucósido y la porción que no es un carbohidrato se denomina aglicón.no es un carbohidrato se denomina aglicón.

La fructosa es un ejemplo de cetohexosa, es La fructosa es un ejemplo de cetohexosa, es entre los azúcares el compuesto más dulce, entre los azúcares el compuesto más dulce, tiene bastante más tiene bastante más poderpoder edulcorante que la edulcorante que la sacarosa, donde se encuentra enlazada con sacarosa, donde se encuentra enlazada con la glucosa. Esta cetohexosa se encuentra la glucosa. Esta cetohexosa se encuentra libre en la miel y en muchas frutas.libre en la miel y en muchas frutas.

La D (+)-Manosa, se encuentra formando La D (+)-Manosa, se encuentra formando muchos polisacáridos naturalesmuchos polisacáridos naturales..

Ciclización de los monosacáridosCiclización de los monosacáridos

La forma de polihidroxialdehídos o La forma de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, en solución acuosa, permanecen polihidroxicetonas, en solución acuosa, permanecen en pequeñas proporciones con sus formas cíclicas, en pequeñas proporciones con sus formas cíclicas, que son las más abundantes.que son las más abundantes.

Por ataque nucleofílico de los electrones del oxígeno Por ataque nucleofílico de los electrones del oxígeno hidroxílico, sobre el carbono carbonílico, las aldosas hidroxílico, sobre el carbono carbonílico, las aldosas o cetosas, de cuatro, cinco y seis átomos de carbono o cetosas, de cuatro, cinco y seis átomos de carbono forman estructuras cíclicas hemiacetálicas.forman estructuras cíclicas hemiacetálicas.

Un monosacárido formando anillos de cinco Un monosacárido formando anillos de cinco miembros, se dice que es una furanosa, si es miembros, se dice que es una furanosa, si es de seis miembros se dice que es una de seis miembros se dice que es una piranosa. Las denominaciones provienen de piranosa. Las denominaciones provienen de los heterociclos furano y pirano.los heterociclos furano y pirano.

Furano Pirano

PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DE PROPIEDADES FÍSICO – QUÍMICAS DE MONOSACÁRIDOSMONOSACÁRIDOS

Sustancias sólidas, incoloras, en forma de cristales.Sustancias sólidas, incoloras, en forma de cristales. Se disuelven muy bien en agua, insolubles en soluciones Se disuelven muy bien en agua, insolubles en soluciones

orgánicas (alcohol, éter).orgánicas (alcohol, éter). Son dulces, sin embargo este dulce no es igual en todos los Son dulces, sin embargo este dulce no es igual en todos los

monosacáridos.monosacáridos. Las soluciones de carbohidratos poseen reacciones Las soluciones de carbohidratos poseen reacciones

neutrales.neutrales. La acción de los ácidos y bases sobre los monosacáridos La acción de los ácidos y bases sobre los monosacáridos

forman los furfurales.forman los furfurales. Los azúcares se oxidan formando tres clases de azúcares Los azúcares se oxidan formando tres clases de azúcares

ácidos: aldónicos, aldáricos y aldurónicos.ácidos: aldónicos, aldáricos y aldurónicos. En la reducción de monosacáridos se producen alcoholes En la reducción de monosacáridos se producen alcoholes

polihídricos (Alcoholes dulces). Ejemplo: manitol, sorbitol, polihídricos (Alcoholes dulces). Ejemplo: manitol, sorbitol, otros.otros.

DISACÁRIDOSDISACÁRIDOS Son azúcares complejos, que en una hidrólisis Son azúcares complejos, que en una hidrólisis

producen dos moléculas de monosacáridos producen dos moléculas de monosacáridos (iguales o diferentes).(iguales o diferentes).

Se componen de dos monosacáridos unidos por Se componen de dos monosacáridos unidos por un enlace glucosídico.un enlace glucosídico.

Son una de las principales fuentes de Son una de las principales fuentes de carbohidratos en los alimentos de animales y carbohidratos en los alimentos de animales y humanos.humanos.

Los disacáridos se pueden definir Los disacáridos se pueden definir estructuralmente como glucósidos.estructuralmente como glucósidos.

Los principales disacáridos de importancia Los principales disacáridos de importancia fisiológica son: maltosa, sacarosa, lactosa, fisiológica son: maltosa, sacarosa, lactosa, tregalosa.tregalosa.

POLISACÁRIDOSPOLISACÁRIDOS

Se clasifican según el tipo de unidades de azucares simples Se clasifican según el tipo de unidades de azucares simples unidas en: Homopolisacáridos y Heteropolisacáridos.unidas en: Homopolisacáridos y Heteropolisacáridos.

Son Homopolisacáridos aquellos que están compuestos de Son Homopolisacáridos aquellos que están compuestos de unidades estructurales de un solo monosacárido. Ejemplos unidades estructurales de un solo monosacárido. Ejemplos de estos Almidón, Glucógeno.de estos Almidón, Glucógeno.

Son Heteropolisacáridos aquellos compuestos de unidades Son Heteropolisacáridos aquellos compuestos de unidades estructurales de dos o mas tipos d monómeros.estructurales de dos o mas tipos d monómeros.

Atendiendo a su función, los podemos clasificar en Atendiendo a su función, los podemos clasificar en estructurales y de reserva. Ejemplos de polisacáridos estructurales y de reserva. Ejemplos de polisacáridos estructurales la celulosa, la quitina (actúa como protector) estructurales la celulosa, la quitina (actúa como protector) y polisacáridos de reserva el almidón y el glucógeno.y polisacáridos de reserva el almidón y el glucógeno.

Almidón. Almidón. Reserva energética de las plantas y para nosotros un Reserva energética de las plantas y para nosotros un

alimento.alimento. Se encuentra en forma de pequeños granos en muchas Se encuentra en forma de pequeños granos en muchas

partes, u órganos constituyentes de las plantas, partes, u órganos constituyentes de las plantas, especialmente en semillas y especialmente en semillas y tejidostejidos vegetales vegetales embrionarios, en tubérculos de papa, semillas de arroz, embrionarios, en tubérculos de papa, semillas de arroz, maíz o trigo.maíz o trigo.

Ellos sirven de nutrientes para el proceso germinativo y en Ellos sirven de nutrientes para el proceso germinativo y en

general para el general para el desarrollodesarrollo de las plantas. de las plantas. Como primera aproximación, se puede decir que el almidón Como primera aproximación, se puede decir que el almidón

está constituido por unidades de D(+)-glucosa enlazadas está constituido por unidades de D(+)-glucosa enlazadas α-1,4.α-1,4.

Al tratar el almidón con agua caliente, este se separa en Al tratar el almidón con agua caliente, este se separa en dos fracciones: una dispersable, que se conoce como dos fracciones: una dispersable, que se conoce como amilasa y otra no dispersable, que es la mayoritaria, que se amilasa y otra no dispersable, que es la mayoritaria, que se conoce como amilopectina.conoce como amilopectina.

AMILOSAAMILOSA

En el almidón representa el 15 – 20%.En el almidón representa el 15 – 20%.

Su estructura es helicoidal no Su estructura es helicoidal no ramificada.ramificada.

Los enlaces formados por unidades de Los enlaces formados por unidades de D(+)-glucosa, con enlaces α-1,4 D(+)-glucosa, con enlaces α-1,4

AmilosaAmilosa

..

AMILOPECTINAAMILOPECTINA

Representa el 80 – 85% del almidón. Consiste en cadenas ramificadas compuestas por 24

a 30 residuos de glucosa unidas mediante enlaces 1 4 en las cadenas y enlaces 1 6 en los puntos de ramificación.

La hidrólisis de la amilopectina van produciendo mezclas de Oligosacáridos, de masa moleculares gradualmente menores, que se conocen como "Dextrinas" que se utilizan en el acabado de tejidos y en la fabricación de pegamentos, etc.

Por hidrólisis parcial, se puede detectar la presencia de isomaltosa, disacárido que tiene enlaces α-1,6.

ESTRUCTURA DE LA ESTRUCTURA DE LA AMILOPECTINAAMILOPECTINA

..

GLUCÓGENOGLUCÓGENO

Polisacárido de almacenamiento en los animales.Polisacárido de almacenamiento en los animales. Consta, al igual que el almidón, de amilopectina y Consta, al igual que el almidón, de amilopectina y

amilosa.amilosa. La amilopectina es una estructura más ramificada. La amilopectina es una estructura más ramificada.

Posee de 12 a 14 residuos de Posee de 12 a 14 residuos de αα – D – piranosa – D – piranosa (enlace (enlace α – [1 4]- glucosídico) con ramificaciones mediante enlaces α – [1 6]- glucosídicos.

Se encuentra en casi todas las células, pero en los hepatocitos y en las células musculares su concentración es muy elevada.

El mayor grado de ramificación del glucógeno es una adaptación a su función biológica. El enzima encargado de la degradación del glucógeno es la glucógeno fosforilasa, que empieza a degradar el glucógeno a partir de sus extremos no reductores, atacando las uniones (1 4).

GLUCÓGENOGLUCÓGENO

CELULOSACELULOSA La celulosa forma microfibrillas de 14 000 unidades o más,

que se torcionan y se unen a otras por puente de hidrógeno.

Es el principal integrante de la estructura vegetal.

Es insoluble en agua y consta de unidades de β–D – glucopiranosa ligadas con enlaces β-( 1 4) formando largas cadenas rectas reforzadas por enlaces cruzados de hidrógeno.

Tiene una estructura lineal o fibrosa, en la cual se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas, haciéndolas impenetrables al agua, y originando fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales

Los mamíferos no digieren la celulosa, debido a la ausencia de una enzima que hidroliza el enlace β.

ESTRUCTURA DE LA CELULOSAESTRUCTURA DE LA CELULOSA

Estructura de las fibras de Estructura de las fibras de celulosa en vegetalescelulosa en vegetales

Fibras de celulosa en el papelFibras de celulosa en el papel