9 Hidratos de carbono.ppt

1. Introducción y clasificación
2. Proyección de Fischer y notación D-L
3. Aldosas
3.1. Las aldotetrosas
3.2. Las aldopentosas y aldohexosas
3.3. Las formas cíclicas de los carbohidratos
a) Forma furanosa
b) Forma piranosa
4. Cetosas
5. Derivados de carbohidratos
5.1. Desoxiazúcares
5.2. Aminoazúcares
5.3. Carbohidratos de cadena ramificada
5.4. Glicósidos
6. Disacáridos
7. Polisacáridos
8. Glicoproteínas
ÍNDICE

Históricamente los carbohidratos fueron considerados “hidratos de carbono”
debido a que sus fórmulas moleculares en muchos casos, aunque no en todos,
corresponden a Cn(H2O)m. Actualmente resulta más realista definirlos como
polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.
CLASIFICACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS
-La palabra del latín saccharum significa azúcar y el término derivado “sacárido”
es la base del sistema de clasificación de los carbohidratos. Un monosacárido es
un carbohidrato simple, aquél que bajo condiciones de hidrólisis no se rompe en
carbohidratos más pequeños. La glucosa (C6H12O6) es un ejemplo.
- Un disacárido bajo hidrólisis se rompe en dos monosacáridos iguales o
diferentes. La sucrosa es un disacárido formado por una molécula de glucosa y
otra de fructosa.
- Un oligosacárido está formado por 3-10 monosacáridos. Los polisacáridos
están formados por más de 10. La celulosa es un polisacárido formado por miles
de moléculas de glucosa.

Los monosacáridos pueden agruparse considerando tanto el número de átomos
de carbono que contienen como si son polihidroxialdehídos (aldosas) o
polihidroxicetonas (cetosas).
1. Introducción y Clasificación
Número de átomos de
carbono
Aldosa cetosa
Tres Aldotriosa Cetotriosa
Cuatro Aldotetrosa Cetotetrosa
Cinco Aldopentosa Cetopentosa
Seis Aldohexosa Cetohexosa
Siete Aldoheptosa Cetoheptosa
Ocho Aldooctosa Cetooctosa

2. Proyección de Fisher y notación D-L

- El gliceraldehído (2,3-dihidroxipropanal) es el carbohidrato quiral más sencillo,
es una aldotriosa.
- Cuando la proyección de Fischer se orienta con el aldehído en la parte superior y la
cadena carbonada en vertical, el grupo hidroxilo en C-2 apunta a la derecha en el
(+)-gliceraldehído y a la izquierda en el (-)-gliceraldehído.
- Dado que el gliceraldehído contiene un carbono estereogénico existen dos
enantiómeros. El que posee la configuración absoluta (+) se designa como D y su
enantiómero (-) como L. Los compuestos que tienen una distribución espacial de los
sustituyentes análoga a D-(+)- y L-(-)-gliceraldehído se dice que tienen
configuración D y L, respectivamente.
2. Proyección de Fisher y notación D-L
C
HC
CH2OH
OH
H
O HC
CH2OH
OH
H
O
C
HC
CH2OH
H
HO
O HC
CH2OH
H
HO
O
R-(+)-Glicerialdehído S-(-)-Glicerialdehído

Son los cuatro esterereoisómeros del 2,3,4-trihidroxibutanal. La proyección de
Fischer se construye orientando la molécula en conformación eclipsada con el
grupo aldehído en la parte superior. Los cuatro carbonos definen la cadena
principal de la proyección y se disponen verticalmente.
Conformación eclipsada de
una aldotetrosa
Equivalente a
Se escribe de
la forma:
Proyección de
Fischer de una
aldotetrosa

La aldotetrosa dibujada a la izquierda se llama D-eritrosa. El prefijo D indica que la
configuración en el centro estereogénico de mayor numeración (más alejado del
aldehído) es análogo al de el D-(+)-gliceraldehído. Su imagen especular es la L-
eritrosa.
En las proyecciones de Fischer de ambos enantiómeros de la eritrosa los dos grupos
hidroxilo de cada enantiómero se encuentran al mismo lado.
El esterocentreo de
número más alto tiene
una configuración
análoga al D-
gliceraldehído
El esterocentreo de
número más alto
tiene una
configuración análoga
al L-gliceraldehído
CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-Eritrosa
1
2
3
4
CHO
CH2OH
H
HO
1
2
3
4
H
HO
L-Eritrosa

Los otros dos estereoisómeros de la tetraaldosa tienen, cada uno de ellos, sus dos
grupos hidroxilo en lados opuestos en proyección de Fischer. Son
diastereoisómeros de la D- y L-eritrosa y se denominan D- y L–treosa. Los
prefijos D y L especifican de nuevo la configuración del centro estereogénico de
más elevada numeración. D- y L-treosa son enantiómeros entre sí.
La actividad óptica no puede deducirse directamente de los prefijos D
o L. Así mientras la D-eritrosa y la D-treosa son (-) el D-gliceraldehído es (+).
El esterocentreo de
número más alto tiene
una configuración
análoga al D-
gliceraldehído
El esterocentreo de
número más alto
tiene una
configuración análoga
al L-gliceraldehído
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
D-Treosa
1
2
3
4
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
L-Treosa
1
2
3
4

Las aldopentosas
tienen tres centros
estereogénicos. Sus
ocho estereoisómeros
se dividen en un grupo
de cuatro D- y cuatro
L-aldopentosas.
CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-(-)-Ribosa
CHO
CH2OH
H
HO
H OH
CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-(-)-Arabinosa
H OH
H
HO
H OH
D-(+)-Xilosa
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
D-(-)-Lixosa
H
HO
CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-(-)-Eritrosa
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
D-(-)-Treosa
CHO
CH2OH
H OH
D-(+)-Gliceraldehido

-Las aldohexosas, con cuatro centros estereogénicos, presentan 16 posibles
estereoisómeros: 8 de la serie D y 8 de la L.
- la D-(+)-glucosa es el monosacárido más conocido, importante y abundante y
se forma mediante fotosíntesis a partir de dióxido de carbono y agua por acción
de la luz solar.
- La D-(+)-galactosa se encuentra en el disacárido lactosa (el azúcar de la leche)
formado por ésta y D-glucosa. CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-(+)-Alosa
CHO
CH2OH
H
HO
H OH
CHO
CH2OH
H OH
H OH
D-(+)-Altrosa
H OH
H
HO
H OH
D-(+)-Glucosa
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
D-(+)-Manosa
H
HO
H OH
H OH
H OH H OH
CHO
CH2OH
H OH
D-(-)-Gulosa
CHO
CH2OH
H
HO
H OH
CHO
CH2OH
H OH
D-(-)-Idosa
H OH
H
HO
H OH
D-(+)-Galactosa
CHO
CH2OH
H OH
H
HO
D-(+)-Talosa
H
HO
H OH
H OH
H
HO H
HO H
HO H
HO

- Las aldosas incorporan dos grupos funcionales, C=O y OH, capaces de
reaccionar entre sí.
- La adición nucleófila de un alcohol a la función carbonilo da lugar a un
hemiacetal. Cuando ambas funciones forman parte de una misma molécula se
forma un hemiacetal cílcico.
- Los hemiacetales de cinco miembros se denominan formas furanosa y los de
seis formas piranosa. El carbono portador de los dos oxígenos se denomina
anomérico.
HOCH2CH2CH2CH
O
=
4-hidroxibutanal
HOCH2CH2CH2CH2CH
O
=
5-hidroxipentanal
O
H2C
H2C
H2C CH2
O
H
H
O
OH
H
H
O
H2C
H2C CH2
O
H
O H
OH

a) Forma furanosa
- La formación de un hemiacetal entre el grupo carbonilo y el gupo hidroxilo
terminal de una aldotetrosa forma un anillo de cinco miembros o furanosa.
Es equivalente
CHO
CH2OH
H OH
H OH
1
2
3
4
D-Eritrosa
O
HC O
H
H
H H
OH
H
OH
1
2
3
4

-Estas representaciones se llaman fórmulas de Haworth.
-Los sustituyentes que se encuentran a la derecha en una proyección de Fischer están
hacia abajo en la correspondiente fórmula de Haworth.
-Los dos estereoisómeros de la D-eritrosa se llaman α-D-eritrofuranosa y β-D-
eritrofuranosa. Los prefijos α y β describen configuraciones relativas. La
configuración del carbono anomérico es α cuando su grupo hidroxilo se encuentra al
mismo lado que el grupo hidroxilo del centro estereogénico de mayor numeración en
una proyección de Fischer. La disposición contraria se denomina β.
-
- El carbono anomérico se convierte en un nuevo centro estereogénico. Su grupo
hidroxilo puede ser cis o trans con respecto a los otros grupos hidroxilo de la
molécula.
H
O
O
H
O H
OH
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
H
H
D-Eritrosa -D-Eritrofuranosa -D-Eritrofuranosa

CHO
CH2OH
H OH
H OH
1
3
4
5
H OH
2
CH2OH
O
H
H
OH
H
OH
H
OH
1
3
4
5
2
La ciclación a la
forma furanosa
involucra este
grupo hidroxilo
D-Ribosa
Confórmero
eclipsado de
D-Ribosa
Un rotación sobre el Eje
C(3)-C(4)
O
O
H
HOH2C
H
H
OH
H
OH
1
3
4
5
2
H
Confórmero de D-Ribosa
susceptible de formar la
furanosa
H
O
O
H
O H
OH
HOH2C
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
HOH2C
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
HOH2C
H
-D-Ribofuranosa
-D-Ribofuranosa
-D-Ribofuranosa -D-Ribofuranosa

-Las aldopentosas también tienen el potencial de formar hemiacetales cíclicos de
6 miembros mediante la adición del hidroxilo del C-5 al grupo carbonilo:
b) Forma piranosa
CHO
CH2OH
H OH
H OH
1
3
4
5
H OH
2
H2C
O
H
H
OH
H
OH
H
OH
1
3
4
5
2
O
H
La ciclación a la
forma piranosa
involucra este grupo
hidroxilo.
O H
OH
H
OH
H
OH
H
HO
O
H
OH
H
OH
H
OH
H
HO
-D-Ribopiranosa
-D-Ribopiranosa
-D-Ribopiranosa -D-Ribopiranosa

Formación del anillo de piranosa de la D-glucosa.
CHO
CH2OH
H OH
HO H
1
3
5
6
H OH
2
H OH
4
D-glucosa (el grupo hidroxilo en la posición C5
es el que produce la piranosa)
O
H
H
OH
OH
H
H
OH
1
3
4
5
2
CH2OH
H
OH
Rotación sobre el enlace
C4-C5
6
O
H
H
OH
OH
H
H
OH
1
3
4
5
2
OH
HOH2C
H
6
-D-glucopiranosa
O
OH
H
OH
H
H
OH
H
HO
CH2OH
H
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
HO
CH2OH
H
-D-glucopiranosa
-D-glucopiranosa -D-glucopiranosa

Los anillos de piranosa de 6 miembros adoptan una conformación tipo silla.
- En la -D-glucopiranosa todos los sustituyentes distintos de hidrógeno se
encuentran en ecuatorial, que es la conformación silla más estable. En el
isómero  sólo el grupo hidroxilo anomérico se dispone en axial.

- Dado que los anillos de 6 miembros se encuentran habitualmente menos
tensionados que los de 5, en el equilibrio las formas piranosa suelen encontrarse
en mayor cantidad que las furanosa y la concentración de la forma de cadena
abierta es bastante pequeña.

- A pesar de la fácil interconversión en disolución, las formas α y β pueden existir
independientemente como sólidos, ya que en estado sólido no se interconvierten.
- En disolución la rotación del isómero α disminuye hasta +52.5º y la del β aumenta
hasta ese mismo valor. Este fenómeno se denomina mutarotación. En disolución
ambos isómeros se equilibran a la misma mezcla de α y β-piranosa. La forma
abierta es un intermedio en este proceso.
(Tf 146 ºC; []D: +122,2º)
-D-glucopiranosa -D-glucopiranosa
(Tf 148-150 ºC; []D: +18,7º)
La forma abierta de la D-glucosa

- Las cetosas contienen un grupo cetona en su forma de cadena abierta, las más
habituales sitúan este grupo en el C-2
4. Cetosas
(2-cetopentosa,
compuesto clave en la
fotosíntesis)
(2-cetopentosa
se acumula en la orina
de pacientes con
pentouria debido a un
desorden genético.)
C
CH2OH
H OH
H OH
O
CH2OH
C
CH2OH
H OH
HO H
O
CH2OH C
CH2OH
H OH
H OH
O
CH2OH
HO H
D-Ribolosa L-Xilulosa D-Fructosa
(2-cetohexosa conocido
también como levulosa;
se encuentra en la miel y es
más dulce que el azúcar.)
Las Formas Cíclicas de la Cetosas
H
O
O
CH2OH
O OH
CH2OH
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
D-Ribulosa -D-Ribulofuranosa
O CH2OH
OH
H
OH
H
OH
-D-Ribulofuranosa
D-Ribulosa

- Los derivados de carbohidratos resultan de la sustitución de uno o varios
sustituyentes hidroxilo de los carbohidratos por algún otro átomo o grupo.
- En los desoxiazúcares el grupo hidroxilo se remplaza por un hidrógeno.
-Ejemplos:
Los derivados de 2-desoxi-D-ribosa, llamados desoxiribonucleótidos, son unidades
fundamentales del ácido desoxiribonucléico (ADN).
5. 1. Desoxiazúcares
CHO
CH2OH
H OH
H H
H OH
CHO
CH3
HO H
H OH
H OH
HO H
2-Desoxi-D-ribosa
L-Rhamanosa
(6-Desoxi-L-manosa)

-El grupo hidroxilo se reemplaza por un grupo amino.
-Ejemplos:
Componente del polisacárido chitina Fármaco anticancerígeno
O
HO
HO
HOH2C
NHCCH3
OH
O
N-acetil-D-glucosamina
O
H3C
HO
H2N
H
OH
L-Daunosamina
5. 2. Aminoazúcares

-Carbohidratos con una cadena carbonada unida a la cadena principal:
Componente de pared celular Antibiótico
de plantas marinas
5. 3. Carbohidratos de cadena ramificada
CHO
CH2OH
H OH
HO CH2OH
O
H3C
HO
H2N
H
OH
CH3
D-Apiosa L-Vancosamina

- Carbohidratos en los que se ha sustituido el grupo hidroxilo anomérico por algún
otro sustituyente. Se denominan O-glicósidos, N-glicósidos, S-glicósidos según el
átomo que se encuentre unido al carbono anomérico.
- Frecuentemente el término glicósido se usa sin prefijo para referirse a O-glicósido.
Los glicósidos se clasifican en α o β como de costumbre, de acuerdo con la
configuración del carbono anomérico.
5.4. Glicósidos
O
OC
H
H
OH
H
H
HO
HOH2C
H
HO
CH3
CH3
C N
O
SCCH2CH
H
H
OH
H
H
HO
HOH2C
H
HO
CH2
NOSO2K
N
N
N
N
NH2
O
H
OH
H
H
H
H
HO
Linamarina
Adenosina
Sinigrina
Es un S-glucósido que se encuentra en
plantas de tipo Brassica como las
coles de Bruselas , los brócolis y los
granos de la mostaza negra.
Es un N-glucósido , también
conocido como nucleósido una
de las moléculas fundamentales
en bioquímica.
Es un O-glucósido se encuentra en el
lino, también en otras plantas como la
acacioao espinillo blanco (Acacia
farnessiana) o en otras plantas como
la mandioca o el haba de Lima.

Estructuralmente, los O-glicósidos son acetales mixtos que implican la posición
anomérica de las formas furanosa y piranosa de los carbohidratos.
R'OH
O
R
R
OH
R
R
OR'
R''OH
OR''
R
R
OR'
Aldehido
ó Acetona Hemiacetal Acetal
OH
R
R
OR'
Hemiacetal
-H+
H+
OH2
R
R
OR'
-H2O
H2O
R
R
OR'
R''OH
OHR''
R
R
OR'
-H+
H+
OR''
R
R
OR'
Acetal
CHO
CH2OH
H OH
HO H
H OH
H OH
+ CH3OH
HCl
O
OCH3
H
OH
HO
HOH2C
HO
+
O
OCH3
H
OH
HO
HOH2C
HO
D-Glucosa Metanol
α-D-glucopiranósido de metilo
Producto mayoritario, aislado en
un 49% de rendimiento
β-D-glucopiranósido de metilo
Producto minoritario.
5.4. Glicósidos

- Los disacáridos son carbohidratos que rinden dos moléculas de monosacárido bajo
condiciones de hidrólisis. Estructuralmente son glicósidos en los que el grupo alcoxi
unido al carbono anomérico es un derivado de una segunda molécula de azúcar.
- La maltosa, que se obtiene por la hidrólisis de almidón, y la celobiosa, por
hidrólisis de la celulosa, son disacáridos isómeros. En ambos las dos unidades de D-
glucopiranosa se unen mediante un enlace glicosídico entre el C-1 de una de las
unidades y el C-4 de la otra. Los isómeros difieren sólo en la estereoquímica del
carbono anomérico del enlace glicosídico, la maltosa es un -glicósido y la celobiosa
un -glicósido.
- La estereoquímia en los puntos de conexión de los enlaces se denominan como
(1,4) para la maltosa y (1,4) para la celobiosa.
6. Disacáridos

-Tanto la maltosa como la celobiosa tienen un
grupo hidroxilo anomérico libre. Su
configuración es variable y puede ser tanto α
como β.
- La estereoquímica diferente del enlace se
traduce en que estás moléculas adopten formas
diferentes y por ello interaccionan de manera
distinta con otras moléculas, tales como los
enzimas que catalizan la hidrólisis de sus
enlaces.
6. Disacáridos
Maltosa
Celobiosa

- La lactosa es un disacárido que se encuentra en la leche (azúcar de la leche).
- Se diferencia de la maltosa y de la celobiosa en que sólo una de sus unidades es de
D-glucosa. El otro monosacárido es D-galactosa. Como la celobiosa, es un β-
glicósido.
OH
O
O
HO OH
OH
O
HO
OH
HO
HO
Celobiosa
Lactosa
6. Disacáridos

-La sacarosa (azúcar común) es un disacárido formado por D-glucosa y D-frutosa
unidos mediante enlace glucosídico, tal como se indica en la figura, entre el C-1 de
la glucosa y el C-2 de la frutosa.
- No presenta un ningún grupo hidroxilo anomérico libre.
6. Disacáridos
O
O
O
CH2OH
HO
H
OH
HO
HO
HOH2C
OH
CH2OH
La Porción D-Fructusa de
La Molécula
La Porción D-Glucosa de
La Molécula
El enlace-glucosido
de la posición anomérica
del D-Fructosa
El enlace-glucosido
de la posición anomérica
del D-glucosa
El enlace -glucosídico de
la posición anomérica de
la D-glucosa
El enlace -glucosídico de
la posición anomérica de
la D-fructosa
La porción D-fructosa de la
molécula
La porción D-glucosa de la
molécula

POLISACÁRIDOS: Tienen pesos moleculares muy elevados y pueden desempeñar
funciones de reserva energética o función estructural:
Celulosa: forma la pared celular de la célula vegetal y está constituida por varios
miles de unidades de D-glucosa. La peculiaridad del enlace β-1,4’ hace a la celulosa
inatacable por las enzimas digestivas humanas, por ello, este polisacárido no tiene
interés alimentario para el hombre. Posee enlaces de H intramoleculares que le
aportan gran rigidez estructural.
Celulosa: D-glucosa (β-1,4’)
7. Polisacáridos

Amilosa: D-glucosa (α-1,4’)
Amilopectina: D-glucosa (α-1,4’ y α-1,6’ )
Glucógeno: polisacárido de reserva propio de los animales. Se encuentra en el
hígado y en los músculos. Molécula muy similar a la amilopectina, pero con mayor
abundancia de ramificaciones.
Almidón, polisacárido de reserva propio de los vegetales, integrado por: amilosa (D-
glucosa con enlaces α-1,4’ y estructura helicoidal) y amilopectina (D-glucosa con
enlaces α-1,4’ y ramificaciones en posición α-1,6’).
7. Polisacáridos
enlace -1,4-glucosídico
enlace -1,6-glucosídico

-Las glicoproteínas de la superficie celular son proteínas unidas covalentemente a un
carbohidrato que permiten el reconocimiento celular por un virus, una bacteria o cuando
interacciona con otra célula. En particular, este reconocimiento tiene lugar mediante una
secuencia de carbohidratos específica al final de la glicoproteína.
-La estructura de la glicoproteína de la
superficie de las células sanguíneas
establece nuestro tipo de sangre (A, B, AB o
O). La compatibilidad de los tipos de
sangre depende de las interacciones
antígeno-anticuerpo. Las glicoproteínas de
la superficie celular son antígenos. Los
anticuerpos presentes en ciertos tipos de
sangre pueden causar la aglutinación de las
células sanguíneas de ciertos tipos,
limitando así la posibilidad de transfusión.
8. Glicoproteínas
Tipo A Tipo B Tipo O
Polímero de
N-acetilgalactosamina - Proteína

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