MONOSACRIDOS Estudio Particular

MONOSACRIDOS Es la unidad monomrica menor de los carbohidratos. Los monosacridos no son hidrolizables en monmeros

ms sencillos. Tienen un esqueleto carbonado con grupos alcohol

(hidroxilo) y son portadores del grupo funcional carbonilo, aldehdo (aldosas) o cetnico (cetosas).

Poseen ms de dos carbonos, pero a partir de 7 carbonos se vuelven inestables.

Son solubles en agua, de sabor dulce (lo que les ha dado el nombre de azcares), cristalinos y blancos.

Presentan la caracterstica de ser activos pticamente y desviar el eje de la luz polarizada. Existe solo un azcar que carece de esta propiedad, la cetotriosa o dihidroxiacetona

Nomenclatura Su nomenclatura tiene relacin: Con el nmero de Carbonos que los forman:

3 Carbonos = triosas 4 Carbonos = tetrosas 5 Carbonos = pentosas, etc.

Con el tipo de grupo funcional, llamndose aldosas si poseen un grupo aldehdo y cetosas si poseen un grupo ceto

Dependiendo de la disposicin tridimensional del grupo -OH del carbono asimtrico ms alejado del grupo funcional, pertenecen a una de dos series de estereoismeros: la serie D, o la serie L, propiedad que debe indicarse en su nombre

Ntese que todas tienden a terminar en OSA

Monosacridos Segn la definicin del grupo que tratamos, deben contener

un grupo funcional de tipo aldehdo o cetona. Todos los carbonos estn 'hidratados' (Carbohidratos) Los monosacridos ms pequeos contienen tres carbonos:

D-(R)-gliceraldehdo es la aldosa ms simple tiene solamente tres carbonos. Es una Aldo-triosa. El C-2 es un centro estereognico.

Dihidroxiacetona es la cetosa ms simple tiene slamente tres carbonos. Es una Ceto-triosa. Sin centro estereognico

C2 = O

TAUTOMERA Existencia de dos o ms compuestos qumicos que tienen la misma composicin qumica pero diversas estructuras (ismeros) y que se convierten fcilmente una a partir de la otra. Una clase importante de reacciones tautomricas implica el intercambio de un tomo de hidrgeno, unido de forma covalente, entre dos tomos de la misma molcula. Por ejemplo, en el tautomerismo ceto-enol, un tomo de hidrgeno enlazado a un tomo de carbn es cedido al tomo de oxgeno de un grupo carbonilo (-CH-C=O) (ceto) convirtindolo a un grupo enol (-C=C-OH). La forma ceto predomina entre muchos aldehdos y cetonas que pueden estar en equilibrio mediante esta conversin tautomrica

Tautomera ceto-enlica. Llamamos as a la Interconversin Aldosa-

cetosa via un enediol intermediario

El gliceraldehdo y la dihidroxiacetona tienen la misma composicin atmica, difieren slo en la posicin del grupo funcional carbonilo. Adems pueden intervonvertirse mediante la formacin de un intermediario de tipo enediol.

Este proceso de interconversin por medio de un intermediario se denomina tautomera, y las molculas que estn as relacionadas se llaman tautmeros.

Enediol

TAUTOMERA CETO-ENLICA

LOS ALDEHIDOS Y CETONAS QUE TENGAN HIDRGENOS ALFA PRESENTAN TAUTOMERA CETO-ENLICA

ALDOSAS Si los azcares presentan como grupo funcional un grupo ALDEHIDO (C-1) reciben el nombre de Aldosas.

Si, como en este caso estn formadas por seis tomos de carbono reciben el nombre de Hexosas, en este ejemplo una Aldohexosa

Por la posicin de los grupos hidroxilos, la aldohexosa que presentamos es llamada Altrosa Por la posicin del hidroxilo en el carbono asimtrico ms alejado del grupo funcional (C-5) la aldohexosa que presentamos es la D-Altrosa

1 2 3 4 5 6

CETOSAS

Si los azcares presentan como grupo funcional un grupo CETONA (C-2) reciben el nombre de Cetosas.

Si, como en este caso, estn formadas por seis tomos de carbono reciben el nombre de Hexosas, en este ejemplo una Cetohexosa

Por la posicin de los grupos hidroxilos, la cetohexosa que presentamos es llamada Psicosa Por la posicin del hidroxilo en el carbono asimtrico ms alejado del grupo funcional (C-5) la cetohexosa que presentamos es la D-Psicosa

1 2 3 4 5 6

Nombre De la # carbones Categora Ejemplos relevantes 3 Triosa Gliceraldehdo, dihidroxiacetona 4 Tetrosa Eritrosa 5 Pentosa Ribosa, Ribulosa, Xilulosa 6 Hexosa Glucosa, Galactosa, Manosa, Fructosa 7 Heptosa Sedoheptulosa 9 Nonosa cido neuramnico tambin llamado cido silico

Clasificacin de los Monosacridos por su nmero de carbonos

Aldosas: serie de la D-glucosa Gliceraldehdo El gliceraldehdo es una aldosa de tres tomos de

carbono (aldotriosa). El carbono 2 es asimtrico, ya que est sustitudo

por cuatro grupos diferentes. Existen, por tanto, dos ismeros pticos, que llamamos de manera convencional D- y L-

Veamos en primer lugar la representacin de la estructura del D-gliceraldehdo. Vamos a observar la configuracin en torno al carbono 2:

Gliceraldehdo una Aldotriosa

Dihidroxiacetona una Cetotriosa

Monosacridos de 3 carbonos: Triosas

Triosas, importancia metablica

Las dos triosas mostradas en la figura anterior, el D-gliceraldehdo (aldotriosa) y la dihidroxiacetona (cetotriosa), son importantes intermediarios en la va metablica de degradacin anaerbica de la glucosa (glucolisis).

Al igual que muchos de los monosacridos, estas dos triosas participan en las vas metablicas celulares no como tales, sino como sus steres fosfricos.

Monosacridos: aldosas y cetosas

Las Aldosas tienen en el extremo un grupo funcional

aldehdo

Las cetosas tienen, normal-mente en el C2, un grupo

funcional ceto.

(ejemplo: la glucosa, una aldohexosa)

(ejemplo: la fructosa, una cetohexosa)

Monosacridos de 4 Carbonos: Tetrosas

D-Eritrosa una aldotetrosa.

D-Eritrulosa una cetotetrosa

A diferencia de las triosas, las tetrosas participan solo ocasionalmente en el metabolismo celular

D-eritrosa La D-eritrosa es la aldosa

siguiente en la serie D-, con cuatro tomos de carbono (una aldotetrosa).

La eritrosa tiene dos carbonos asimtricos, el 2 y el 3, ambos con la misma configuracin que el D-gliceraldehdo.

Obsrvese que segn la convencin de Fischer, los -OH de los carbonos 2 y 3 se representan hacia la derecha; sin embargo, en la molcula, los dos -OH estn hacia lados contrarios. Esta contradiccin aparente se resuelve al darnos cuenta que la proyeccin de Fischer es meramente una forma de representacin; un -OH hacia la derecha significa una configuracin idntica a la del D-gliceraldehdo, y no la disposicin espacial real del -OH en la molcula.

Aldopentosas importantes

D-Ribosa D-(2-desoxi)-Ribosa

Pentosas

Entre las pentosas, son de especial inters las aldosas D-ribosa y su derivado la 2-D-desoxirribosa, constituyentes fundamentales de los cidos nucleicos.

Otras aldopentosas que se encuentran en la Naturaleza son la D-xilosa, que forma parte de los xilanos de la madera, la L-xilosa, la D-arabinosa y la L-arabinosa

Entre las cetopentosas, la D-ribulosa y la D-xilulosa aparecen como intermediarios metablicos, generalmente en forma de steres fosfricos.

D-arabinosa Vemos a continuacin la

estructura de la D-arabinosa, una aldosa de cinco tomos de carbono (una aldopentosa) y tres carbonos asimtricos:2, 3 y 4. Puede observarse que las configuraciones de los carbonos 3 y 4 son las mismas que en el D-gliceraldehdo (esto es, igual que las de los carbonos 2 y 3 de la D-eritrosa), mientras que en el 2 es la configuracin contraria. Tngase en cuenta lo dicho a propsito de la D-eritrosa y la representacin de Fischer

D-Glucosa una aldohexosa

D-Fructosa una cetohexosa

Hexosas

D-glucosa

La D-glucosa es una aldohexosa, esto es, una aldosa de seis tomos de carbono. La configuracin de la D-glucosa es tal que los carbonos 2, 4 y 5 tienen la misma orientacin que el D-gliceraldehdo mientras que el 3 tienen la configuracin contraria (lo cual hace que los carbonos 3, 4 y 5 de la D-glucosa tengan la misma configuracin que los carbonos 2, 3 y 4 de la D-arabinosa:

D-Glucosa

Glucosa La Glucosa tiene un carbn anomrico y por lo

tanto puede existir en una de dos configuraciones o . Esta ltima configuracin es ms estable y en los sistemas biolgicos predomina sobre la primera.

La Glucosa existe tanto en la forma D- como en la forma L-, aunque en los sistemas biolgicos prcticamente solo existe en la forma D-

La Glucosa puede encontrarse en su forma de cadena abierta o en su forma cerrada, cclica. En este caso puede encontrarse como un anillo de cinco miembros (glucofuranosa) o como un anillo de 6 miembros (glucopiranosa).

Aldohexosas De las 8 D-aldohexosas ilustradas en las figuras anteriores, nicamente la glucosa, la manosa y la galactosa se presentan en la naturaleza; los 5 ismeros restantes han sido sintetizados pero no identificados en los productos biolgicos. La D-manosa se encuentra en la naturaleza formando parte de ciertos polisacridos y glucoprotenas y difiere de la glucosa en la configuracin del carbono 2 La D-galactosa forma parte del disacrido lactosa (de la leche) y de varios polisacridos, diferencindose de la glucosa en la configuracin del carbono 4.

Metabolismo Las triosas, en sus formas fosforiladas, son abundantes

en el interior de la clula, ya que son metabolitos intermediarios de la degradacin de la glucosa

Las pentosas, son glcidos de 5 carbonos y entre ellos se encuentran: la Ribosa y la Desoxirribosa, que forman parte de

los cidos nucleicos y la Ribulosa que desempea un importante papel en

la fotosntesis, debido a que a ella se fija el CO2 atmosfrico y de esta manera se incorpora el carbono al ciclo de la materia viva.

Las hexosas, son glcidos con 6 tomos de carbono. Entre ellas tienen inters en biologa, la glucosa y la galactosa entre las aldohexosas y la fructosa entre las cetohexosas.

HEXOSAS Glucosa

La D-glucosa es el monosacrido ms abundante en la naturaleza. Se encuentra como tal en las uvas, en el suero sanguneo y en el medio extracelular. Constituye la base del metabolismo energtico, ya que todos los seres vivos son capaces de metabolizar la glucosa. Forma parte de los polisacridos, tanto de reserva como estructurales. En nuestro organismo hay clulas (hemates y neuronas), que slo pueden obtener energa a partir de la glucosa. La Glucosa se almacena como un polmero metablicamente utilizable, tanto en las plantas (almidn), como en los animales (glucgeno). Tambin funciona como un polmero de importancia estructural, sobre todo en las plantas (celulosa).

Otra hexosa importante presente en la naturaleza es la fructosa, cetohexosa que tiene un grupo reductor en el carbono 2. La D-fructosa est presente en casi todas la frutas, a las que confiere su sabor dulce. La D-fructosa es levorrotatoria, y de ah que tambin reciba el nombre de levulosa. La forma lineal de esta hexosa est en equilibrio con las correspondientes formas piranosa y furanosa. La fructosa, como tal, se presenta en el lquido seminal y es un constituyente del polisacrido inulina. Una cetohexosa relacionada con la fructosa es la L-sorbosa.

HEXOSAS Fructosa

La D-Manosa y la D-galactosa, as como sus derivados, aparecen en multitud de oligosacridos de la superficie celular (como glicoprotenas o glicolpidos). La D-galactosa es un constituyente del disacrido lactosa de vital importancia para los mamferos por ser el carbohidrato principal de la leche.

HEXOSAS Manosa y Galactosa

D-CETOSAS

D-ALDOSAS

1 2 3

Abecuosa Arabinosa Fructosa Fucosa Galactosa Glucosa Manosa Ramnosa Ribosa Xilosa

Abe Ara Fru Fuc Gal Glc Man Rha Rib Xyl

cido Glucurnico Galactosamina Glucosamina N-Acetilglactosamina N-Acetilglucosamina cido Murmico cido N-Acetilmurmico cido N-acetilneuramnico (cido silico)

AGlc GalN GlcN NAcGal NAcGlc Mur 2AcMur NAcNeu

Abreviaciones tiles de los nombres de monosacridos comunes

CETOSAS

Dihidroxiacetona D-Eritrulosa D-Ribulosa

D-Psicosa

D-ALDOPENTOSAS

D-Ribosa D-Arabinosa D-Xilosa D-Lixosa

D-Aldohexosas (1)

D-Alosa D-Altrosa D-Glucosa D-Manosa

CH2OH

D-Gulosa D-Idosa D-Galactosa D-Talosa

D-Aldohexosas (2)

ISOMERA

Mutarrotacin Cuando se observa con el polarmetro una

solucin reciente de D-glucosa cristalina en agua, se puede ver como su poder rotatorio vara gradualmente con el tiempo, hasta alcanzar un valor estable (+52.5). Este fenmeno se llama mutarrotacin.

La direccin del cambio en el poder rotatorio de la D-glucosa depende del proceso seguido para su cristalizacin ya que su poder rotatorio inicial difiere considerablemente segn el proceso seguido: la D-glucosa recristalizada de piridina tiene un poder

rotatorio inicial de +112.2 la recristalizada de alcohol tiene un poder rotatorio

inicial de +18.7. Despus de 24 horas ambas disoluciones tienen el

mismo valor: 52.5.

Mutarrotacin Las notables diferencias en el poder rotatorio de las glucosas cristalinas obtenidas por diferentes procedimientos han podido ser explicadas al encontrar que la D-glucosa recristalizada de piridina est totalmente en configuracin anomrica , y la recristalizada de alcohol est totalmente en configuracin . Al colocarlas en solucin, se establece un equilibrio entre ambas formas, con el intermedio de la forma abierta. Al alcanzar el equilibrio, aproximadamente 2/3 de las molculas estn en forma , y el poder rotatorio alcanzado es +52,5.

Carbono anomrico

Anmeros Durante los estudios para explicar el fenmeno de Mutarrotacin se encontr que la glucosa en disolucin forma un enlace hemiacetlico interno entre el grupo carbonilo y uno de los hidroxilos, originando una molcula cclica El enlace hemiacetlico crea un nuevo centro de asimetra en el carbono 1, con lo que cada molcula en forma abierta puede originar dos tipos de formas cerradas que sern epimricas en el carbono hemiacetlico. Estos epmeros reciben el nombre de anmeros.

Anmeros Se forman as, al constituirse el anillo interno hemiacetlico, dos anmeros que han sido llamados y , dependiendo de que la configuracin del carbono anomrico coincida o no con la del carbono que determina la pertenencia a la serie D o L. El carbono anomrico sigue siendo considerado como carbono reductor y los monosacridos cclicos conservan algunas de estas propiedades, aunque, puesto que el grupo carbonilo est enmascarado por el enlace hemiacetlico, sus propiedades reductoras son menores que las normalmente mostradas por los aldehdos.

Fischer vs Haworth Piranosas y furanosas pueden ser representadas usando

proyecciones de Fischer o, ms adecuadamente, mediante la perspectiva de Haworth

La relacin entre ambas conformaciones es tal que lo que se orienta a la derecha de la cadena de carbonos en proyeccin de Fischer, en la de Haworth aparece dirigida hacia abajo del anillo, y lo que en Fischer se orienta a la izquierda, en la de Haworth se dirige hacia arriba.

El grupo -CH2OH, sustituyente en el ltimo carbono asimtrico, queda por encima del anillo en la proyeccin de Haworth.

El OH del carbono anomrico se representa hacia abajo en el anmero , y hacia arriba en el anmero .

Fischer vs Howarth

-D-Glucopiranosa

-D-Glucopiranosa

Furanosas y Piranosas En el caso de los anillos furansicos, los ngulos de enlace, que en el pentgono regular seran de 108 resultan muy prximos a los 109,5 que presentan las valencias del carbono tetradrico no distorsionado. Por ello, las tensiones del anillo son muy pequeas y en consecuencia, la estructura tridimensional se aproxima mucho a la frmula plana En el caso de los anillos piransicos, al igual que con el ciclohexano, se mantienen los ngulos de enlace del carbono tetradrico, y como consecuencia, se produce un anillo sin tensin que puede adoptar la conformacin en silla o bote. En ambas conformaciones, los tomos de carbono no son coplanares con el anillo, y existe libre rotacin entre los enlaces, al ser todos simples. Al igual que en el ciclohexano, la conformacin en silla es la ms estable, porque todos los carbonos (tomados dos a dos) estn en conformacin alternada, lo que disminuye las interacciones entre los sustituyentes.

-D-glucosa Sin embargo, a diferencia del ciclohexano, las dos conformaciones en silla no son equivalentes. La existencia de sustituyentes voluminosos (grupos OH y CH2OH) en el anillo hace que resulten favorecidas las conformaciones tipo silla que presenten un mximo de sustituyentes en disposicin ecuatorial. En la molcula de glucosa la conformacin en forma silla presenta todos los grupos OH en posicin ecuatorial. De esta manera se maximiza la posible interaccin con disolventes acuosos a travs de puentes de hidrgeno. Esta peculiaridad estructural de la glucosa puede explicar en parte por qu su estructura ha sido favorecida por la evolucin frente a 15 posibilidades de otras tantas hexosas.

Centros de Asimetra

Con la excepcin de la dihidroxiacetona, en todos los monosacridos simples hay uno o varios carbonos asimtricos.

En el caso ms sencillo, el del gliceraldehdo, hay un centro de asimetra, lo que origina dos conformaciones posibles: los ismeros D y L.

Todos los dems azcares se consideran estructuralmente derivados del D- y L- gliceraldehdo, y por lo tanto se agrupan en las llamadas series D y L:

Proyeccin de Fischer Para saber a qu serie pertenece cualquier monosacrido se utiliza por su sencillez y su poder tradicional el llamado mtodo de proyeccin de Fischer. Utilizando este sistema basta con considerar la configuracin del penltimo carbono. Si la posicin de su grupo OH se dirige a la derecha el monosacrido pertenece a la serie D si se dirige a la izquierda pertenece a la serie L La casi totalidad de los monosacridos presentes en la Naturaleza pertenece a la serie D:

Proyeccines de fischer

GLUCOSA

Designacin D vs L

La designacin D & L se basa en la configu-racin del C asimtrico tomando como base el gliceraldehdo.

Las representaciones inferiores son proyec-ciones de Fischer.

Azcares D y L

Para los azcares con ms de un centro quiral, D o L se refiere al C asimtrico ms lejano (en rojo) del grupo funcional aldehdo o cetona. La mayora de los azcares que existen naturalmente son ismeros de tipo D.

Los azcares D y L son imgenes en espejo

D-glucosa L-glucosa

C C

Secuencia Estructural Los carbonos que se agregan para formar

nuevos carbohidratos de mayor nmero de carbonos, se agregan siempre despus del grupo funcional aldehdo o cetona.

Por lo tanto, el centro quiral del D-gliceraldehdo, y el grupo funcional, aldehdo o cetona, se preservan al aumentar el nmero de carbonos.

Cada nuevo carbn agregado constituye un nuevo centro estereognico. Las dos molculas diferentes formadas por la adicin de un nuevo carbono son llamadas epmeros

Poder Reductor Se puede demostrar que la forma cclica est en

equilibrio con la forma lineal de un azcar en solucin acuosa, ya que solo la forma lineal puede ser oxidada por iones Fe+ o Cu+ de aldehdo a cido carboxlico.

Esta propiedad se denomina poder reductor de los azcares y la tienen los monosacridos y oligosacridos con extremos hemiacetlicos o hemicetlicos libres, que por lo tanto deben existir en su forma abierta en la solucin.

Nomenclatura de los azcares

Azcares D & L, (imgenes en espejo) tienen el mismo nombre, pero deben estar precedidas por la inicial correspondiente: D-glucosa o L-glucosa.

Otros estereoismeros tienen diferentes nombres: glucosa, manosa, galactosa, etc.

Considerando el nmero de C asimtricos en la molcula igual a n, el nmero de estereoismeros posibles ser 2n. Las aldohexosas (6-C aldosas) tienen cuatro C asimtricos. Por lo tanto existen 16 estereois-meros (8 D-azcares y 8 L-azcares).

ISOMERA Los azcares de la serie D y sus homnimos de la serie L

son ismeros especulares. As, la D-glucosa y la L-glucosa son enantimeros o enantiomorfos, porque una es la imagen especular de la otra.

Cuando los ismeros pticos no son imgenes especulares se dice que son diastereoismeros.

Cuando dos ismeros pticos difieren en la configuracin de uno slo de los tomo de carbono asimtricos, se dice que son epmeros. La D-glucosa y la D-galactosa son epmeros porque slo difieren en la configuracin del C4, as mismo la D-glucosa y la D-manosa son epmeros porque slo difieren en la configuracin del C2.

ISOMERA

Aunque cada ismero puede ser nombrado inequvocamente por su nomenclatura sistemtica indicando la configuracin de cada carbono asimtrico (R o S), se suelen utilizar con ms frecuencia los nombres vulgares de los monosacridos. As, la galactosa sera el (2R, 3S, 4S, 5R)-pentahidroxihexanal, y la fructosa sera la (3S, 4R, 5R)-pentahidroxi-2-hexanona.

CICLIZACIN

Ciclizacin Tanto la glucosa como otros azcares de ms

de 4 tomos de carbono pueden ciclizarse a travs del ataque nucleoflico intra-molecular entre el carbonilo que forma el grupo aldehdo o cetnico y uno de los hidroxilos de la propia molcula.

Tal ciclizacin forma compuestos estables si el anillo formado contiene 5 o 6 miembros.

Por su semejanza con el anillo del pirano, los anillos de seis miembros se llaman piranosas y los de cinco miembro, anlogos a la estructura del furano, se llaman furanosas.

-D-Ribopiranosa -D-Ribofuranosa

-D-Ribofuranosa -D-Ribopiranosa

-D-Ribofuranosa -D-Ribopiranosa

Ciclizacin. Propiedades. La forma de bote es ~17 kJ/mol (4 kcal/mol) menos

estable que la forma de silla. El intercambio entre las dos formas de silla convierte los

grupos axiales en ecuatoriales y viceversa. Dependiendo de la naturaleza de los grupos, una forma

de silla ser ms estable que la otra. Ntese que la interconversin entre las dos formas de silla no afecta la configuracin del carbn anomrico.

En la forma de silla de la -D-glucosa, todos los grupos OH son ecuatoriales. Esta conformacin es muy estable porque disminuye el impedimento estrico y permite un acceso fcil a todos los grupos OH.

Esta peculiaridad estructural de la glucosa puede explicar en parte por qu su estructura ha sido favorecida por la evolucin frente a 15 posibilidades de otras tantas hexosas.

Ciclizacin

-D-Glucopiranosa

Mecanismo de la Ciclizacin D-Glucosa

La ciclizacin de los azcares produce un nuevo centro asimtrico en el C1. Los 2 estereoismeros son llamados anmeros, y . Observe que las Proyecciones de Haworth representan los azcares cclicos como si fueran esencialmente planos, con los OH anomricos del C1 como se indica en la figura.

-D-glucosa -D-glucosa OH debajo del anillo OH encima del anillo

Por la naturaleza tetrahdrica de los enlaces del carbono, las formas piranosa de los azcares en realidad asumen formas tridimensionales semejantes a una silla" o a un bote", dependiendo de las condiciones del medio. Las formas aqu representadas reflejan la configuracin llamada de silla del anillo de glucopiranosa, la cual es una representacin mas adecuada que las proyecciones de Haworth.

-D-Glucosa es ms Estable

La -D-glucosa es la forma predominante en equilibrio

Despus de acontecer la ciclizacin, el carbonilo se convierte en un nuevo grupo alcohol (OH) y por lo tanto constituye un nuevo carbn asimtrico que da origen a dos formas del azcar llamadas anmeros: la -D-gluco-piranosa y la -D-glucopiranosa. La forma es ms estable y por esa razn predomina (65%) en el equilibrio que se establece entre las formas cclicas y la forma lineal.

Anillos Piransicos Al igual que sucede en el caso del ciclohexano, en los

anillos piransicos formados por azcares, se mantienen los ngulos de enlace del carbono tetradrico. Como consecuencia, se produce un anillo estable, sin tensin, que puede adoptar la conformacin en silla o en nave o bote.

En ambas conformaciones existe libre rotacin entre los enlaces, al ser todos simples, y los tomos de carbono no son coplanares con el anillo.

La existencia de sustituyentes voluminosos (grupos OH y CH2OH) en el anillo hace que resulten favorecidas las conformaciones de tipo silla, sobre todo aquellas que presenten un mximo de sustituyentes en disposicin ecuatorial.

Furanosas

La formacin de un anillo de 5 miembros ocurre en las pentosas mediante la interaccin entre el C1 y el O4.

Esta forma se llama furanosa (ribofuranosa en el caso de la ribosa) por su semejanza con el compuesto de cinco miembros llamado furano:

En este caso, como en el caso de las piranosas al cerrarse el anillo pueden existir dos formas del carbono anomrico: alfa y beta. El tamao del anillo no permite la formacin de formas de silla y de bote como en el caso de las piranosas.

Ciclizacin D-Glucosa

Formas cclicas de la glucosa El grupo aldehdo en posicin 1 de las aldosas puede formar un

hemiacetal interno con los grupos -OH alcohlicos. En la glucosa esta situacin es la habitual.

As, el aldehdo forma un hemiacetal interno con el -OH en C5, dando lugar a una forma cclica; veamos en primer lugar la -D-Glucopiranosa. sta es una de las dos formas cclicas posibles de la D-glucosa. Puede observarse que el ciclo formado es de seis tomos, cinco carbonos y un oxgeno, similar al ter cclico pirano por esa razn, los derivados cclicos de glucosa as formados reciben el nombre de glucopiranosas.

Al formarse el hemiacetal interno, aparece un nuevo centro de asimetra: el carbono aldehdico (carbono 1) pasa a estar sustitudo por cuatro grupos distintos. Por ello, la D-glucopiranosa presenta dos ismeros, dependiendo de la situacin de los sustituyentes en el carbono 1: la -D-glucopiranosa, que es la que aparece en pantalla, en la que el carbono 1 tiene la misma configuracin que el D-gliceraldehdo:

Ciclizacin en Fischer

En esta figura, en la que se indica la formacin del anillo piransico de la D-Glucosa segn la representacin de Fischer, podemos apreciar como este tipo de representacin no resulta adecuado para indicar las relaciones atmicas del compuesto

Anomerizacin

-D-Glucopiranosa (33%) Forma aldehdo (abierta) (1%) -D-Glucopiranosa (65%)

Ciclizacin de la Fructosa

-D-Glucosa -D-Glucosa

Ciclizacin de la D-Galactosa

-D-galactopiranosa -D-galactopiranosa

Hexosas

Anmeros Despus de acontecer la ciclizacin, el

carbonilo se convierte en un nuevo grupo alcohol (OH) y por lo tanto constituye un nuevo carbn asimtrico que da origen a dos formas del azcar llamadas anmeros

Cuando utilizamos las frmulas sugeridas por Haworth para representar los anmeros, en uno de ellos, el hidroxilo se orienta hacia abajo del anillo (anmero alfa) y en el otro hacia arriba del anillo (anmero beta).

Anmeros En la conformacin de tipo silla, la orientacin

del grupo hidroxilo del carbn anomrico en la -D-glucosa es axial y es ecuatorial en la -D-glucosa.

Fischer Haworth 3D-Silla

-D-Glucosa

Los Monosacridos en solucin existen como una mezcla en donde se encuentran en equilibrio las formas cclicas y acclicas. La glucosa (Glc), en solucin, existe

primordialmente como la forma piranosa La fructosa es 67% piranosa y 33% furanosa, y La ribosa se encuentra 75% en la forma furanosa

y 25% en la forma piranosa. Sin embargo, cuando estos azcares se

combinan para formar polisacridos, la Glc se encuentra exclusivamente en la forma piranosa y la fructosa y la ribosa en su forma de furanosas.

Representacin

Los azcares en su forma abierta, o recta, pueden representarse en una de dos formas: una de ellas propuesta por Fisher y que por tal razn se conoce como proyeccin de Fisher, la otra, semejante a la anterior, conocida como estructura en perspectiva, trata de indicar grficamente la orientacin de las valencias del carbono en la frmula de los azcares.

Proyeccin de Haworth Cuando se trata de representar los azcares en

sus formas cclicas tambin se pueden usar dos tipos de grficos. La proyeccin de Haworth. En donde se trata de indicar la molcula del carbohidrato en forma plana y perpendicular al plano del papel (el borde recto del anillo es la parte de la molcula ms cercana a nosotros). En esta proyeccin la orientacin de los grupos alcohol, hacia arriba o hacia abajo del plano de la molcula indica su estereoisomera y es la clave indispensable para poder distinguir que azcar est representada en la frmula.

Representacin tridimensional Un poco ms conveniente desde el punto

de vista terico, pero ms difcil de apreciar y recordar, es la forma de proyeccin, en la cual los anillos de 5C toman la forma del furano y los anillos de 6C pueden tomar una de dos formas, la ms estable, llamada forma de silla y la menos estable, llamada de nave o de bote.

Carbonos axiales y ecuatoriales En estos casos los hidroxilos pueden estar en

una de dos orientaciones, axial, en cuyo caso se indican por lneas verticales que apuntan hacia arriba o hacia abajo y ecuatorial, los cuales se indican con lneas diagonales.

En realidad deben representarse en cada caso siguiendo fielmente la estructura tetrahdrica de las valencias del carbono que ocupa cada una de las posiciones.

Impedimento Estrico La -D-glucopiranosa es la nica aldohexosa que

posee todos sus hidroxilos en posicin ecuatorial. Como los grupos hidroxilos, y particularmente el grupo final CH2OH, son voluminosos y ocupan mucho espacio, cuando ocupan posiciones que los colocan muy cerca unos de otros puede interferirse estricamente y restan estabilidad a la molcula.

Por esta razn la -D-glucopiranosa es la ms estable y seguramente su estructura ayuda a explicar su prevalencia y su importancia en la naturaleza.

Impedimento estrico

En la forma de silla de los monosacridos la orientacin axial de los sustituyentes produce inestabilidad de la molcula por el impedimento estrico que se produce entre los grupos voluminosos

Fisher vs Haworth Las proyecciones de Haworth son ms realistas que las

de Fisher y deben preferirse, pero es necesario poder utilizar, representar e interpretar ambas estructuras.

Como regla podemos decir que si en la frmula de Fisher el hidroxilo (o sustituyente) se dirige hacia la derecha, en la proyeccin Haworth debe representarse dirigida hacia abajo, si en la representacin tipo Fisher se dirige hacia la izquierda, en Haworth se dirigira hacia arriba.

Ya indicamos que el OH del carbono anomrico en la forma alfa, apunta hacia abajo (alfa-abajo) y hacia arriba en la forma beta.

Se presentan en esta figura algunos de los monosacridos de 5 o seis carbonos ms importantes. Se da su frmula condensada, su estructura de Fischer y la estructura cclica ms comn, segn la presentacin propuesta por Haworth

-D-Glucopiranosa -D-Glucopiranosa

Enantimeros estereoismeros que SON imgenes en espejo

Diasteremeros estereoismeros que NO son imgenes en espejo. Cuando difieren en un solo centro son epmeros

Anmeros estereoismeros que difieren nicamente en la configuracin del carbono-1 anomrico

IS

MER

OS

DE

CO

NFI

GU

RA

CI

N

ENTR

E LO

S C

AR

BOH

IDR

ATO

S

Isomera

Los ismeros configuracionales incluyen los llamados enantimeros, es decir estereo-ismeros que son imgenes en espejo uno de otro, y los llamados diastereo-ismeros, que no son imgenes en espejo uno de otro.

Los epmeros son diastereo-ismeros que difieren en la configuracin de un slo carbn.

Los anmeros, formas alfa y beta, como ya vimos son ismeros pticos especiales, creados por la realizacin del ataque nucleoflico que creo el azcar cclico y que por lo tanto pueden ser considerados diastereo-ismeros y epmeros

Epmeros

Ismeros Conformacionales de los carbohidratos

Los azcares pueden existir como ismeros conformacionales (confrmeros), los cuales se interconvierten sin requerir el rompimiento de enlaces covalentes. Este tipo de isomera incluye las conformaciones de silla y de bote en el caso de los azcares cclicos.

-D-Glucopiranosa, confrmeros de tipo silla, tambin deben inclurse como confrmeros las formas de tipo bote

RECURDESE! Las pentosas y las hexosas pueden formar anillos cuando el aldehdo, o la cetona, reacciona con un OH de la misma molcula. La Glucosa forma un hemiacetal intramole-cular, cuando el alde-hido en C1 reacciona con el OH en C5, para formar un anillo de 6-miembros llamado piranosa, por semejarse al pirano.

Recuerde: Estas representaciones de los azucares cclicos se llaman

proyecciones de Haworth.

La Fructosa puede formar Un anillo piranosa de 6 miembros, por la reaccin

del grupo ceto en C-2 con el OH del C-6, o bien Un anillo furanosa (figura), de 5 miembros, por la

reaccin del grupo ceto en C-2 con el OH del C-5.

CH2OH

C O

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

HOH2C

OH

CH2OH

HOH H

H HO

O

1

6

5

4

3

2

6

5

43

2

1

D-fructose (linear) -D-fructofuranose

DERIVADOS DE LOS AZCARES

Derivados de los Monosacridos Se conocen una gran variedad de derivados de los monosacridos.

En esta ocasin consideraremos solo aquellos que comprenden la modificacin de la molcula misma del carbohidrato.

Derivados por oxidacin: en ellos el grupo funcional aldehdo y/o el grupo funcional alcohol primario son oxidados a cidos carboxlicos

Formas fosforiladas en las cuales un grupo fosfato, generalmente del ATP, se agrega para formar steres fosfricos de los azcares

Derivados aminados tales como la glucosamina o la galactosamina Derivados amino acetilados como la N-Acetil-GlcNAc (GlcNAc) Formas lactona (steres intramoleculares) en las cuales un grupo

OH reacciona con el carbonilo previamente convertido en un cido carboxlico

Derivados por condensacin de algunos azcares con el lactato (CH3CHOHCO2-) o el piruvato, (CH3COCO2- ), para formar cido murmico y cido neuramnico, (tambin llamados cidos silicos), respectivamente.

Metilpentosas Son importantes de considerar varias metilpentosas no solo porque

son constituyentes de los productos vegetales, sino porque varias de ellas desempean funciones importantes en la fisiologa animal; entre ellas encontramos la 6-desoxi-D-glucosa, la 6-desoxi-L-galactosa (L-fucosa) que existe en forma combinada en las algas marinas y en algunos polisacridos de los mamferos y la 6-desoxi-L-manosa (L-ramnosa).

Es de especial inters la existencia de la L-fucosa como constituyente de las molculas que determinan uno de los tipos especficos de los grupos sanguneos humanos.

Derivados acdicos La oxidacin del grupo reductor en la posicin 1 de la

glucopiranosa da gluconolactona, que se hidroliza a cido glucnico.

Otro producto de oxidacin de la D-glucosa que forma parte de ciertos polisacridos y es un producto de excrecin en los animales es el cido glucurnico. Como ya mencionamos el cido glucurnico es un componente importante en algunos procesos de detoxificacin en los animales.

De la galactosa se obtiene un cido urnico semejante que recibe el nombre de cido galacturnico; forma parte de las pectinas de las frutas.

Otro cido urnico encontrado en la naturaleza es el manurnico, que deriva de la manosa y se presenta en los polisacridos de las algas marinas pardas.

cidos Urnicos Se obtienen por oxidacin del grupo hidroximetilo en

C6 de las aldohexosas. Quiz el ms importante de todos ellos es el que se

obtiene por oxidacin de la D-glucosa, y que recibe el nombre de cido glucurnico. Tiene una gran importancia por su papel en la conjugacin de xenobiticos y de productos del metabolismo, como la Bilirrubina y algunas hormonas esteroides.

La forma soluble de la bilirrubina es el Diglucurnido de bilirrubina, en la que dos molculas de cido glucurnico se unen a los grupos propionato de la bilirrubina. Sin embargo debe notarse que estos compuestos no son glicsidos sino steres.

El cido glucurnico forma parte asimismo de los glucosaminoglicanos.

Tambin forma parte de estos ltimos el cido L- idurnico que es el 6-epmero del cido D-glucurnico.

Derivados acdicos

Derivados de los Azcares

Azcar-alcoholes - el aldehdo o la cetona pueden ser reducidos a otro grupo OH; e.g., D-ribitol.

Azcar-cidos - El aldehdo del C-1, o el OH del C-6, puede ser oxidado a un cido carboxlico; Vgr., cido glucnico, cido glucurnico.

CH2OH

C

C

C

CH2OH

H OH

H OH

H OH

D-ribitol

COOH

C

C

C

C

H OH

HO H

H OH

CH2OH

OHH

CHO

C

C

C

C

H OH

HO H

H OH

COOH

OHH

. Glucnico . Glucurnico

Polihidroxi-alcoholes

La reduccin dbil de los monosacridos lleva a la formacin de polihidroxi-alcoholes en los que el grupo reductor del azcar (CHO o CO) ha sido reemplazado por un grupo alcohol.

El D-manitol es un constituyente importante de las algas pardas y el D-sorbitol se encuentra en muchas frutas. Hay que sealar que en la riboflavina el residuo azucarado deriva de un alcohol pentahdrico semejante a la D-ribosa por lo que se le denomina D-ribitol.

Inositoles Cclicos Los inositoles cclicos, que debemos mencionar por su

creciente importancia en los mecanismos de transduccin de seales, estn emparentados de cerca con los alcoholes hexahdricos de cadena lineal. El ms importante de los inositoles ismeros es el pticamente inactivo meso-inositol profusamente distribuido en plantas y animales:

Enlaces Glucosdicos (1) Hay dos tipos de enlaces entre un monosacrido y

otras molculas El hidroxilo anomrico puede reaccionar con un grupo hidroxilo de otro

azcar, o de cualquier otro compuesto, uniendo las dos molculas y liberando agua, el enlace formado recibe el nombre de enlace O-

glucosdico: R-OH + HO-R' R-O-R' + H2O

O

H

HO

H

HO

H

OHOHH

H

OH

-D-glucopyranose

O

H

HO

H

HO

H

OCH3

OHHH

OH

methyl--D-glucopyranose

CH3-OH+

methanol

H2O

-D-glucopiranosa metanol metil--D-glucopiranosa

Enlaces Glucosdicos El enlace O-Glucosdico tambin puede realizarse entre dos -OH de dos carbohidratos, lo cual dar como resultado la formacin de un disacrido, o aumentar el nmero de monmeros que forman ya un oligo- o un poli-sacrido. El enlace ser -Glucosdico si el monosacrido que participa con su carbn anomrico es y ser -Glucosdico si dicho monosacrido es .

Enlace Glucosdico El enlace acetal (o cetal) en el que participa un carbohidrato se conoce como enlace glucosdico. Si el segundo alcohol pertenece a otro monosacrido, la reaccin produce un disacrido. El enlace glucosdico (Ej. entre dos azcares) puede ser alfa (si el OH del C-1 que forma el enlace glicosdico est dirigido hacia abajo) o beta (si el OH del C-1 que forma el enlace glicosdico est dirigido hacia arriba).

Enlace Glucosdico. sidos El hemiacetal interno de los monosacridos puede

reaccionar con grupos -OH, -NH2 y -SH con prdida de agua para formar un enlace glucosdico. Los compuestos as formados reciben el nombre de

glucsidos. El compuesto que reacciona con el monosacrido recibe el

nombre de aglicona. Cuando la aglicona es otro monosacrido, los

glicsidos resultante recibe el nombre de holsidos; si es un compuesto diferente, sern hetersidos.

Los holsidos en realidad, son dmeros, oligmeros o polmeros de los monosacridos, y los conocemos, respectivamente, como Disacridos, Oligosac-ridos y Polisacridos.

Aunque no sea del todo correcto, el trmino glucsidos suele reservarse para los hetersidos.

Enlace Glucosdico La formacin de un enlace glucosdico estabiliza la forma anomrica del monosacrido. Por lo tanto, ambos compuestos son diferentes, y uno no se transforma espontneamente en el otro. Puesto que el enlace acetal (o cetal) puede formarse con cualquiera de los grupos OH del "segundo" azcar, los enlaces glicosdicos entre monosacridos pueden ser de naturaleza muy diversa, incluyendo formas alfa y beta entre los carbonos 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 2-2, etc.

Enlaces Glucosdicos (2) El hidroxilo anomrico puede reaccionar con un grupo amino de cualquier otro compuesto, uniendo las dos molculas. El enlace formado recibe el nombre de enlace N-glucosdico. El enlace N-Glucosdico se puede realizar tambin entre un grupo OH de un azcar y un compuesto aminado, originando aminoazcares

Aminoazcares Un derivado importante de la D-glucosa es el azcar

aminado 2-amino-2-desoxi-D-glucosa, llamado generalmente D-glucosamina.

Otro aminoazcar, unidad estructural de diversos polisacridos, es la 2-amino-2-desoxi-D-galactosa, galactosamina o condrosamina.

Derivados de los Azcares

Un grupo hidroxilo puede ser substitudo por un grupo amino. Un ejemplo es la glucosamina. El grupo amino puede ser posteriormente acetilado, como en el caso de la N-acetil-D-glucosamina.

H O

OH

H

OH

H

NH2H

OH

CH2OH

H

-D-glucosamine

H O

OH

H

OH

H

NH

OH

CH2OH

H

-D-N-acetylglucosamine

C CH3

O

H-D-glucosamina N-acetil--D-glucosamina

Derivados de Amino-Azcares

MONOSACRIDOSMONOSACRIDOSNomenclaturaMonosacridosTAUTOMERATautomera ceto-enlica. Llamamos as a la Interconversin Aldosa-cetosa via un enediol intermediario TAUTOMERA CETO-ENLICAALDOSASCETOSASClasificacin de los Monosacridos por su nmero de carbonosAldosas: serie de la D-glucosaMonosacridos de 3 carbonos: TriosasTriosas, importancia metablicaMonosacridos:aldosas y cetosasMonosacridos de 4 Carbonos: TetrosasD-eritrosaAldopentosas importantesPentosasD-arabinosaHexosasD-glucosaD-GlucosaGlucosaAldohexosasMetabolismoHEXOSASGlucosa HEXOSASFructosa HEXOSASManosa y GalactosaSlide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Abreviaciones tiles de los nombres de monosacridos comunesCETOSASD-ALDOPENTOSASD-Aldohexosas (1)D-Aldohexosas (2)ISOMERAMutarrotacinMutarrotacinSlide Number 41AnmerosAnmerosFischer vs HaworthFischer vs HowarthFuranosas y Piranosas-D-glucosaCentros de AsimetraProyeccin de FischerProyeccines de fischerDesignacin D vs LSlide Number 52Azcares D y LSecuencia EstructuralPoder Reductor Nomenclatura de los azcaresISOMERAISOMERACICLIZACINCiclizacinSlide Number 61Ciclizacin. Propiedades.CiclizacinMecanismo de la CiclizacinD-GlucosaSlide Number 65Slide Number 66b-D-Glucosa es ms EstableSlide Number 68Anillos PiransicosFuranosasSlide Number 71Ciclizacin D-GlucosaFormas cclicas de la glucosaCiclizacin en FischerAnomerizacinCiclizacin de la FructosaSlide Number 77Ciclizacin de la D-GalactosaHexosasAnmerosAnmerosSlide Number 82RepresentacinProyeccin de HaworthRepresentacin tridimensionalCarbonos axiales y ecuatorialesImpedimento EstricoImpedimento estricoFisher vs HaworthSlide Number 90Slide Number 91IsomeraEpmerosIsmeros Conformacionales de los carbohidratosSlide Number 95Slide Number 96DERIVADOS DE LOS AZCARESDerivados de los Monosacridos Slide Number 99MetilpentosasDerivados acdicoscidos UrnicosDerivados acdicosDerivados de los AzcaresPolihidroxi-alcoholesInositoles CclicosEnlaces Glucosdicos (1)Enlaces GlucosdicosEnlace GlucosdicoEnlace Glucosdico. sidosSlide Number 111Enlace GlucosdicoEnlaces Glucosdicos (2)AminoazcaresSlide Number 115Derivados de los AzcaresDerivados de Amino-Azcares