CARBOHIDRATOS DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA

Profesores: Mauricio Torres G.

Patricia Mackenney

¿Que son los carbohidratos?

Los carbohidratos son biomoléculas orgánicas . Estánformados por Carbono , Hidrógeno y Oxígeno , aunqueademás, en algunos compuestos también podemosencontrar Nitrógeno y Fósforo.

También reciben el nombre de azúcares , hidratos de carbono o glúcidos .

Glúcido deriva de griego “glykys” que significa “dulc e”.

CARBOHIDRATOS

-Cumplen funciones estructurales y metabólicas.

-Son la mayor fuente de energía de nuestra dieta.

-Son producidos en las plantas por la fotosíntesis.

-Como la glucosa, se sintetiza a partir de CO2, H2O y energía solar.

-Se oxidan en células vivas produciendo CO2, H2O y energía.

Síntesis Degradación

CARBOHIDRATOS: Importancia biomédica

-La glucosa es el carbohidrato más importante para nuestro organismo.

-La mayor cantidad de los carbohidratos de la dieta se adsorben y pasan al torrente sanguíneo en forma de glucosa.

-A partir de glucosa se sintetizan otros carbohidratos.

-Es el principal combustible de nuestro organismo.

-Enfermedades relacionadas con carbohidratos incluyen:

-Diabetes.

-Galactosemia.

-Enfermedades por almacenaje de glucógeno.

-Intolerancia a la lactosa.

CARBOHIDRATOS: Importancia biomédica

Principal fuente

energética

Están presentes en el DNA

CARBOHIDRATOS: Importancia biomédica

Almacenaje de energía (glucógeno)

Se asocian a proteínas y

lípidos

CARBOHIDRATOS

Forman parte de estructuras resistentes (protección)

QuitinaCelulosa

CARBOHIDRATOS

• Compuestos de fórmula general Cn(H2O)n

• Formula de la glucosa C6H12O6

• Los azúcares tienen terminación …osa

• Son aldehídos (aldosas) o cetonas (cetosas) polihidroxiladas

CARBOHIDRATOS

AldosasCetosa

Carbono quiral*

Clasificación de carbohidratos

Monosacaridos

-Son carbohidratos que no pueden se hidrolizados en moléculas más sencillas.

-De acuerdo al número de átomos de carbono que contengan se pueden dividir en:

-Triosas (3 carbonos)

-Tetrosas (4 carbonos)

-Pentosas (5 carbonos)

-Hexosas (6 carbonos)

-Heptosas (7 carbonos)

-Octosas (8 carbonos)

-De acuerdo al grupo funcional que contienen (aldehído o cetona) se pueden dividir en aldosas y cetosas respectivamente.

Clasificación de carbohidratos

Monosacaridos

Hexosa

Aldosa

Hexosa

Cetosa

Ejemplo de pentosas

Azúcar presente en el RNA Azúcar presente en el DNA

Las pentosas están compuestas por 5 carbonos

Ejemplo de hexosas

Las hexosas están compuestas por 6 carbonos

Un aldehído Un aldehído Una cetonaIsómeros espaciales

Ciclación de carbohidratos

Las aldosas y cetosas pueden reaccionar con grupos alcohol favoreciendo la formación de ciclos

Ciclación de carbohidratos

Los ciclos pueden contener 4 o 5 carbonos

4 carbonos 5 carbonos

La estructura ciclada se consigue en aldopentosas y hexosas.

Ciclación de carbohidratos

En disolución , los monosacáridos pequeños se encuentran en forma lineal, mientras que las moléculas más grandes ciclan su estructura.

-La estructura lineal recibe el nombre de Proyección de Fisher ; -La estructura ciclada de Proyección de Haworth .

D-glucosa

Forma de cadena abierta

Ciclación de la glucosa: mutarrotacióny formación de los isómeros αααα y ββββ

αααα-D-Glucopiranosa

ββββ-D-Glucopiranosa

Hemiacetales: carbonos anoméricos

Ciclación de la fructosa: mutarrotacióny formación del isómero αααα

D-fructosa

Forma de cadena abierta

αααα-D-Fructopiranosa

Hemicetal:carbonoanomérico

Proyección de Haworth

Ciclación de carbohidratos

ββββ-D-Ribosa ββββ-2-Desoxi-D-ribosa

Pentosas furanósicas presentes en moléculas biológicas más complejas (ADN, ARN)

La fructosa al ciclarse forma anillos de 5 y de 6 miembros

Carbonos anoméricos

Los hemiacetales no son muy estables. Si hay un exceso de alcohol se forma un

acetal

aldehído

Ciclación de carbohidratos

Ciclación de carbohidratos

Enlace glicosídico

Metil αααα-D-glucopiranósido Metil ββββ-D-glucopiranósido

Los acetales de los azúcares se llaman glicósidos.

Identificación de carbohidratos

O

R H O

O

H

+ Cu+2OH-

Cu20+ + otros productos

Prueba de Fehling

Azúcares reductores

Reaccionan:

- Aldehídos

- αααα-Hidroxicetonas

No reaccionan cetonas

Disacáridos

Maltosa (azúcar del jarabe de maíz)

αααα-D-Glucopiranosil-(1→4)-αααα-D-glucopiranosa

Azúcar reductor

Acetal Hemiacetal

Disacáridos

Lactosa (azúcar de la leche)

ββββ-D-Galactopiranosil-(1→4)-αααα-D-glucopiranosa

Azúcar reductor

HemiacetalAcetal

Disacáridos

Sacarosa (azúcar de mesa, caña de azúcar)

αααα-D-Glucopiranosil-(1→2)-ββββ-D-fructofuranosa

Azúcar NO reductor

Acetal Cetal

Clasificación de carbohidratos

Ósidos : glúcidos formados por varios monosacáridos.

Los monosacáridos se unen entre sí por el enlace O-glucosídico , un enlace covalente.

Generalmente el enlace se forma entre el carbono 1 de unamolécula y el carbono 4 de la otra.

�Holósidos: son ósidos formados por varios monosacáridos.

�Heterósidos: son ósidos formados por monosacáridos y otras moléculas distintas de los glúcidos, como lípidos o proteínas.

Glúcido + lípido glucolípido

Glúcido + proteína glucoproteína

Clasificación de carbohidratos

Monosacáridos

u

Osas

Triosas

Aldosas

Cetosas

Tetrosas

Pentosas

Hexosas

Heptosas

ÓsidosHolósidos

Oligosacáridos (2 y 10)

Disacáridos

Trisacáridos

Polisacáridos (más de10)

HomopolisacáridosHeteropolisacáridos

Heterósidos: glucoconjugados (glucoproteínas, glucolípidos)

Clasificación de carbohidratos

Clasificación de carbohidratos

Polisacáridos

-La síntesis de polisacáridos es una forma de almacen ar energía en animales y vegetales.

-La degradación de polisacáridos es una forma rápida de proporcionar energía.

Almidón

Celulosa

Glucógeno

Es la fuente más importante de carbohidratos de los alimentos

(Cereales, papas, legumbres)

Almacenaje de polisacáridos

Almidón en células

vegetales

Glucógeno en células del hígado (color rojo)

Fibras de celulosa

Constituyentes principales del almidón

El almidón está compuesto por una mezcla de dos polisacáridos: -Amilosa (15-20%)-Amilopectina (80-85%).

Almidón

Amilosa

Amilopectina

-Polímeros de 200-1000 glucosas.

-Cadenas rectas, enlaces α-1,4

-Polímeros de 2000-200.000 glucosas.

-Cadenas ramificadas, enlaces α-1,4 en cadenas y α-1,6 en puntos ramificación cada 24-30 residuos.

Constituyentes principales del almidón

Enlace αααα(1→6)

Amilopectina

Enlace αααα(1→4)

El glucógeno es similar al almidón

Enlace αααα(1→6)

Enlace αααα(1→4)

-Es un polímetro de glucosa que se almacena en células animales.

-Se ramifica cada 12-14 residuos, es más ramificada que la amilopectina.

-Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 100.000 moléculas de glucosa.

La celulosa es diferente a el almidón

La celulosa es un polímero de glucosas con enlaces ββββ-1,4

La celulosa es diferente a el almidón

-La celulosa forma cadenas rectas, largas y reforzadas por puentes de hidrógenos.

-No puede ser digerida por los humanos por que nos falta la hidrolasa que rompe el enlace β-1,4.

-La celulosa aporta fibra (volumen) a la alimentación.

-Los rumiantes y otros herbívoros tienen microorganismos que rompen este enlace beta liberando la glucosa para uso energético.

-Este proceso ocurre en muy pequeñas cantidades en el colon humano.

Digestión de hidratos de carbono

La enzima que degrada el almidón se llama AMILASA.

El dímero de glucosa se conoce como Maltosa.

Digestión de hidratos de carbono

La amilasa de la saliva es la primera en atacar el almidón.

La amilasa pancreática continua la digestión en el intestino.

Otros polisacáridos de importancia

GlucosaminoglicanosGlucosaminoglicanos

-También conocidos como mucopolisacáridos.

-Cuando se unen a proteínas se conocen como proteoglicanos.

-Cumplen funciones lubricantes (articulaciones, humor vítreo).

-Forman parte del tejido conjuntivo (cartílago, huesos, vasos sanguíneos).

-Los grupos –OH ayudan a retener agua y ocupar espacio, generando un tejido esponjoso y lubricando estructuras.

Otros polisacáridos de importancia

GlucosaminoglicanosGlucosaminoglicanos

Ácido Hialurónico

Uso cosmético

Sulfato de condroitina (cartílago)

Heparina (anticoagulante)

LIPIDOS DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA

¿Que son los lípidos?

-Son un grupo heterogéneo de compuestos que comparten las siguientes características:

-Ser relativamente insolubles en agua.

-Ser solubles en solventes no polares (cloroformo y benceno).

Lípidos

Grasas

Aceites

Ceras Esteroides

Importancia Biomédica

-Tienen un elevado valor energético.

-Son una fuente de energía almacenada en el tejido adiposo.

-Actúan como aislante térmico en los tejidos subcutaneos.

-Actúan como aislante eléctrico en los nervios mielinizadospermitiendo la rápida propagación de los impulsos eléctricos.

-Son componentes de membranas celulares y de organelos.

-Forman parte de lipoproteínas que ayudan al transporte de lípidos en la sangre.

-Están relacionados con enfermedades como la obesidad, aterosclerosis.

-Participan en la síntesis de vitaminas (ADEK) y hormonas (sexuales).

Clasificación de lípidos

Clasificación de lípidos

La saponificación es la reacción química que se uti liza para formar jabones.

Los lípidos saponificables contienen ácidos grasos en su molécula

Lípidos saponificables

Reacción de saponificación

Triglicéridos

•Los triglicéridos son la principal reserva de energía de los animales ya que un gramo de grasa produce 9,4 kilocalorías en las reacciones metabólicas de oxidación, mientras que lasproteínas y los glúcidos sóloproducen 4,1 kilocalorías porgramo.

Hidrólisis enzimática de triglicéridos

Ácidos Grásos

•Son las unidades básicas de los lípidos saponificables, y consisten en moléculasformadas por una larga cadena hidrocarbonada con un número par de átomos de carbono (12-22) y un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto de fusión. Los ácidos grasos se dividen en saturados e insaturados.

Grasas

Aceites

Ácidos Grásos Esenciales

Ácidos Grásos Esenciales

Fosfolípidos

Éster ácido fosfórico

Éster ácido graso

Principales componentes de las membranas.

Fosfolípidos

Son anfipáticos, contienen una región polar y una apolar

Fosfato cargado negativamente

Región hidrofóbica del

ácido graso

Fosfolípidos

Los fosfolípidos se pueden organizar en liposomas, micelas o una bicapa lipídica

Otros lípidos de la membrana plasmática

La membrana plasmática está compuesta por distintos tipos de lípidos como: ácido fosfatídico, fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilinositol, fosfatidilserina, lisofosfolipidos, esfingomielina y colesterol, entre otros.

Ceras

-Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga (14 a 36 átomos de C) con alcoholes también de cadena larga (de 16 a 30 átomos de C).

-Sólidas a temperatura ambiente (p.f. de 60 a 100ºC).

-Totalmente insolubles en agua.

Función de las Ceras

-Recubrimiento y aislamiento:-Pelo de mamíferos, plumas de aves…-Cera de abejas, cerumen del oído…-Cubierta cérea de la hojas y frutos

-Reserva energética:-Algunas especies del plancton marino.

Lípidos

Clasificación de lípidos

La saponificación es la reacción química que se uti liza para formar jabones.

Los lípidos saponificables contienen ácidos grasos en su molécula

Lípidos no saponificables

Lípidos derivados de:

-Terpenos o isoprenoides:

-Polímeros de isopreno.

-Esteroides:

-Derivados del colesterol

-Eicosanoides:

-Derivados de acidos grasos de 20 carbonos tipo omega 3 y 6.

TERPENOS O ISOPRENOIDES

-Los terpenos, terpenoides o isoprenoides, son lípidos derivados de la polimerización del hidrocarburo isopreno (2-metil-1,3-butadieno).

-Los terpenos biológicos constan, como mínimo de dos moléculas de isopreno.

-Son moléculas muy abundantes en vegetales.

-Los aromas de plantas y frutas son debido a la liberación de terpenos.

-Son usados como saborizantes (clavos de olor y menta).

-Son usados en perfumería (lavanda, sádalo, rosas).

-Se clasifican de acuerdo al número de moléculas de isopreno.

-Las estructuras que se generan pueden ser lineales o cíclicas.

Síntesis de terpenos

Estructura lineal Estructura cíclica

Isopreno

Clasificación de Terpenos

Ejemplos de Terpenos

-Componentes de aceites esenciales de flores y plantas:

MentolGeraniol

Ejemplos de Terpenos

-El fitol forma parte de la molécula de clorofila:

Ejemplos de Terpenos

-Síntesis de vitamina A: diterpeno (4 moléculas de isopreno).

Ejemplos de Terpenos

-Síntesis de pigmentos vegetales:

El beta-caroteno es uno de los pigmentos de un grupo de pigmentos rojos, anaranjados y amarillos llamados carotenoides. El beta-caroteno y otros carotenoides proveen aproximadamente el 50% de la vitamina A necesaria en la dieta

Ejemplos de Terpenos

-Síntesis de moléculas como el caucho (politerpeno):

Hevea brasiliensis

Vulcanización

(+ azufre)

Ejemplos de Terpenos

-El isopreno es el precursor de la síntesis de colesterol:

Lípidos esteroides

•Los esteroides son derivados del ESTERANO (ciclopentano- perhidrofenantreno) esto es, se componen de cuatro anillos fusionados de carbono que posee diversosgrupos funcionales (carbonilo, hidroxilo) por lo que la molécula tienen parteshidrofílicas e hidrofóbicas (carácter anfipático).

Lípidos esteroides

•Entre los esteroides más destacados se encuentran:

-Ácidos biliares

-Hormonas sexuales-Corticosteroides

-La vitamina D

-El colesterol

Los 4 anillos son el núcleo de esterano, común a todos los esteroides

Lípidos esteroides: ácidos biliares

Los ácidos biliares emulsionan las grasas y favorecen el ataque de la lipasas. Son producidas por el hígado y acumuladas en la vesícula biliar.

Ácido cólico

Lípidos esteroides: hormonas sexuales

Hormonas sexuales: andrógenos (testosterona, testículos)) y estrógenos (estrona, ovarios)

Lípidos esteroides: corticoesteroides

Son hormonas de origen esteroidal que se producen en la corteza suprarenal y se pueden dividir en glucocorticordes y mineralocorticoides.

Glucocorticoide: aumenta la glicemia, inhibe respuesta inflamatoria

Aldosterona

Mineralocorticoide:mantiene el volumen extracelular y niveles normales de potasio

Lípidos esteroides: Vitamina D

Colecalciferol: regula la captación de calcio en el intestino para fijarlo a los huesos.

Vitamina antirraquítica

Lípidos esteroides: Colesterol

-Forma parte de membranas celulares en animales aportando rigidez.

-Precursor de hormonas sexuales, ácidos biliares, vitamina D y hormonas suprarenales.

-Se transporta unido a lipoproteínas en la sangre (LDL y HDL).

-Niveles elevados están asociados a enfermedades cardiovasculares.

Estructura del colesterol; en rojo se destaca el gupo hidroxilo polar

Las lipoproteínas regulan los niveles de colesterol

El colesterol es transportado por lipoproteínas tipo LDL y HDL.

LDL (colesterol malo): transporta el colesterol

hacia las células

HDL (colesterol bueno): transporta el colesterol al

hígado

Las lipoproteínas regulan los niveles de colesterol

El colesterol, los trigliceridos y los fosfolipidos son transportados en la sangre en forma de lipoproteínas, que de acuerdo a su composición, densidad y tamaño se denominan quilomicrones, VLDL, IDL, LDL y HL.

Las lipoproteínas regulan los niveles de colesterol

Colesterol y enfermedades cardiovasculares

El colesterol y triglicéridos se acumula en las paredes de

arterias y venas.

Colesterol y enfermedades cardiovasculares

Eicosanoides

•Los eicosanoides o icosanoides son un grupo de moléculas de constituciónlipídica derivadas de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos tipo omega-3 y omega-6.

•Los principales precursores de los eicosanoides son el ácido araquidónico, el ácido linoleico y el ácido linolénico.

•Todos los eicosanoides son moléculas de 20 átomos de carbono y puedenclasificarse en tres tipos: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos.

•Cumplen amplias funciones como mediadores para el sistema nervioso central, los procesos de la inflamación y de la respuesta inmune tanto de vertebradoscomo invertebrados.

Se sintetizan a partir de ácidos grasos esenciales

Se sintetizan a partir de ácidos grasos esenciales

Eicosanoides

Se sintetizan a partir de los lípidos presentes en la membrana plasmática.

Función de Eicosanoides

Inhibición de la síntesis de Eicosanoides

Los anti-inflamatorios no esteroidales (AINE) inhiben la actividad de COX reduciendo los niveles de prostaglandinas y tromboxanos, reduciendo el dolor y la inflamación.

-Aspirina

-Ibuprofeno

-Naproxeno

-Piroxican