Carbohidrats

Hidrats de carboni. Monosacàrids. Oligosacàrids. Glúcids. Polisacàrids. Isomería

  • Enviado por: Pp
  • Idioma: catalán
  • País: España España
  • 12 páginas
publicidad
publicidad

TEMA 2. CARBOHIDRATS: ESTRUCTURA I FUNCIÓ BIOLÒGICA

2.1. Monosacàrids i Oligosacàrids

Terminologia.

Carboni assimètric.

Configuració D i L.

Activitat òptica.

Estereoisòmers.

Formes oberta i tancada.

Carboni anomèric.

Configuració alfa i beta. D-glucosa.

D-fructosa, D-ribosa, D-desoxiribosa.

Enllaç glucosídic.

Oligosacàrids.

Maltosa, lactosa, sacarosa, cel·lobiosa.

2.2. POLISACÀRIDS

Polisacàrids: homo i heteropolisacàrids.

Homopolisacàrids estructurals: cel·lulosa.

Homopolisacàrids de reserva: midó i glucògen.

Heteropolisacàrids heteròsids.

GLÚCIDS

CARBOHIDRATS o HIDRATS DE CARBONI

polialcohols amb aldehid (aldoses) o cetona (cetoses)

Estructura

oses o monosacàrids / òsids o polímers de monosacàrids

carbonis asimètrics (4 radicals diferents) ! isomeria

isomeria òptica (+) / (-) ... diferent acció sobre la llum polaritzada

ISOMERIA Diferències en la posició dels -OH equivalents

(! comparació) epímers (diferent posició d'un -OH d'un C*)

estereoisomeria enantiòmers (imatges especulars) D/L

anòmers (en cíclics; -OH en C anomèric) ð/ð

energètica ... monosacàrids … respiració/fermentació

Funcions de reserva ... polímers: disacàrids i polisacàrids

estructural ... monosacàrids (ribosa) i polisacàrids

ISOMERIA

ASSOCIADA A LA PRESÈNCIA DE CARBONIS ASSIMÈTRICS

activitat òptica

En la llum polaritzada tots els raigs vibren en el mateix pla.

Si un feix de llum polaritzada travessa una dissolució i en eixir ha rotat el pla de vibració de la llum,

es diu que la substància dissolta té activitat òptica.

Eixa rotació es pot mesurar (en º angulars) amb un polarímetre.

Quan l'observador està situat front al raig lluminós emergent:

  • si la substància dissolta ha desviat el pla de vibració cap a la dreta,

se li diu dextrògira i se li assigna el símbol (+)

si ho fa cap a l'esquerra se li diu levògira i se li assigna el símbol (-)

ISÒMERS ÒPTICS

* els compostos orgànics amb activitat òptica tenen carbonis assimètrics

(units a 4 grups químics diferents)

* es diuen isòmers òptics a dos substàncies que tenint la mateixa composició química tenen

activitat òptica oposada: dextrògira (+) i levògira (-)

* la isomeria òptica pot explicar-se si considerem que

en la desviació de la llum polaritzada influeix la posició dels -OH en els carbonis assimètrics

* la desviació observada correspon a la

suma de les desviacions produïdes

per cadascun dels diferents carbonis asimètrics

ESTEREOISÒMERS

* l'estereoisomeria és un fenòmen associat a la presència de carbonis asimètrics

* dos compostos són estereoisòmers entre sí

si tenen situats els grups -OH dels carbonis asimètrics en posicions diferents

* tipus d'estereoisòmers: epímers, enantiòmers, anòmers

EPÍMERS

ENANTIÒMERS

ANÒMERS

(en monosacàrids ciclats)

Diferències en la distribució dels grups -OH dels Carbonis asimètrics

* dos monosacàrids són epímers entre si quan tenen un -OH en diferent posició

* dos monosacàrids són enantiòmers entre si quan tots els -OH estan en diferent posició els uns dels altres

! els enantiòmers són imatges especulars entre si.

* dos monosacàrids són anòmers entre si quan la diferència estriba en la posició de l'OH en el nou C asimètric produït en ciclar-se el monosacàrid.

Comportament òptic

Tenen comportament òptic diferent, però no necessàriament oposat

Tenen comportament òptic oposat, és a dir, la mateixa rotació però en sentit contrari: si un és (+), el seu enantiòmer és (-)

Tenen comportament òptic diferent, però no oposat.

Formes i terminologia

* tenen noms diferents, ja que

* són substàncies diferents (p.ex., glucosa i galactosa),

i, pertant, amb diferent comportament

químic, físic i bioquímic.

* dos enantiòmers són la mateixa substància química però presenten diferències en el comportament

òptic i bioquímic;

* si un monosacàrid és D, el seu enantiòmer és L.

* si un monosacàrid és (+), el seu enantiòmer és (-)

* No existeix relació entre el fet de ser D o L i ser (+) o (-)

ð i ð

(posició trans o cis, respecte de l'últim CH2OH)

* tenen les mateixes propietats químiques i bioquímiques, però tenen diferent comportament bioquímic quan s'enllacen formant polisacàrids


ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

GLÚCIDS: MONOSACÀRIDS I DERIVATS (I)

GRUP

(prefix de

NOM

FÓRMULA

FUNCIONS

fermenta? és respirada?, etc.

OBSERVACIONS

polimeritza? , usos industrials?,

nombre de C + OSES)

GENERAL

DESENVOLUPADA

CÍCLICA

I LOCALITZACIÓ

(cel·lular i/o orgànica)

relacions amb la salut, etc.

TRI

Gliceraldehid

C3H6O3

H- C -CHOH- CH2OH

O

Compostos intermedis en glucolisi (ruta Embden-Meyerhof),

a partir de la fructosa

Per reducció dóna glicerol o glicerina: CH2OH-CHOH-CH2OH, trialcohol constituent de greixos, fosfolípids, etc.

OSES

Dihidroxiacetona

CH2OH - C - CH2OH

O

(que prové de la isomerització de la glucosa)

Eritrosa

TETR

OSES

Treosa

C4H8O4

COH-(CHOH)2- CH2OH

Eritrulosa

Ribosa

Desoxiribosa

C5H10O5

C5H10O4

Estructura de les cadenes del RNA (i DNA); coenzims com l'ATP, NAD, NADP, flavoproteïnes

PENT

Xilosa

C5H10O5

Càpsula del bacil de Koch (tuberculosi)

Del grec xylos, fusta; polímer: xilana, present a la fusta (diferent de la lignina, polímer mixt de derivats del fenilpropà i substància orgànica més abundant a la Natura després de la cel·lulosa).

OSES

Arabinosa

En forma L (no metabolitzable) a les prunes i cireres; polímer: arabana (a la goma aràbiga)

Ribulosa

Incorpora CO2 atmosfèric en la fase obscura fotosintètica

(Cicle de Calvin)

ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

GLÚCIDS: MONOSACÀRIDS I DERIVATS (II)

GRUP

(prefix

NOM

FÓRMULA

FUNCIONS

fermenta? és respirada?, etc.

OBSERVACIONS

polimeritza? , usos industrials?,

de nombre de C + OSES)

GENERAL

DESENVOLUPADA

CÍCLICA

I LOCALITZACIÓ

(cel·lular i/o orgànica)

relacions amb la salut, etc.

Glucosa (dextrosa)

ð-D-(+) glucosa

C6H12O6

(hiper-) (hipo-) glucèmia

HEX

Galactosa

glucolípids

galactosèmia, galactosúria

OSES

Manosa

constituent del polisacàrid prostètic d'albúmines i globulines

manitol: present al manà

Fructosa (levulosa)

ð-D-(-) fructosa

aliment principal dels espermatozoides

inulina: polisacàrid de reserva en Compostes

HEPT

OSES

Heptulosa

producte intermedi en la fotosíntesi

1. ¿Per què no és correcte el terme “hidrats de carboni”?; ¿els sucres són sals?

2. Defineix isomeria i isomeria òptica

3. Defieneix estereoisòmers

4. ¿Què signifiquen D i L; (+) i (-); dextrògir i levògir; ð i ð ?

5. Defineix enantiòmers i epímers

6. Revisa la taula de monosacàrids i respon: la terminació -ulosa, ¿de què grups de monosacàrids és característica?

7. ¿Per què la D (+) glucosa rep també el nom de dextrosa?

8. ¿Perquè la D (-) fructosa rep també el nom de levulosa?

ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

GLÚCIDS: MONOSACÀRIDS I DERIVATS (III)

DERIVATS DELS MONOSACÀRIDS

NOM

FÓRMULA GENERAL

FUNCIONS I LOCALITZACIÓ

OBSERVACIONS

Desoxisucres

Desoxiribosa

DNA

Amino

sucres

N-acetil-glucosamina

i el seu derivat

Substitució d'algun OH alcohòlic per un grup amino (-NH2) o derivat

trisacàrid: factor bifidus en llet de dones ... flora intestinal infants;

polisacàrid: quitina, exoesquelet d'artròpodes; paret de fongs

N-acetil-muràmic

(-NH-)

mureïna (llatí murus: paret); ambdós polisacàrids i aminoàcids

Polialcohols

Sorbitol

Reducció del -C=O de glucosa o de fructosa a alcohol: -CH-OH

Glicerol o Glicerina

CH2OH-CHOH-CH2OH

Component del greixos, fosfolípids, esfingolípids, etc.

Glucoàcids

Àcid ascòrbic

(vitamina C)

Oxidació de l'aldehid (-HC=O) a àcid (-COOH)

a-scòrbic = anti escorbut

Glucòsids

glucosa + residu no glucídic (aglucona)

En moltes drogues, en les espècies i en teixits animals; l'estreptomicina és un aminoglucòsid (vegeu trisacàrids complexos, en la pàgina següent)

Molts glucòsids que tenen un esteroide com aglucona tenen importància en cardiologia, com la digital i l'estrofante;

d'altres exemples de glucòsids amb esteroides són la floricina, la salicina, l'amigdalina i la saponina.

Galactòsid

galactosa + residu no glucídic (aglucona)

ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

GLÚCIDS: OLIGOSACÀRIDS (DISACÀRIDS I TRISACÀRIDS)

GRUP

NOM

FÓRMULA

FUNCIONS

OBSERVACIONS

MONOSACÀRIDS

OBTINGURS PER HIDRÒLISI

ENCADENADA

(amb l'enllaç encadenant)

I LOCALITZACIÓ

(cel·lular i/o orgànica)

té usos industrials?;

relacions amb la salut

DI

Maltosa

glucosa+glucosa

ð-D-glucopiranosil-

(1-4)-D-glucopiranosa

A partir de la dissociació de l'amilosa del midó; i també per dissociació del glicogen

Malta: civada germinada artificialment;

malta torrefacta: succedani del café

La fermentació de la maltosa amb el fong Saccaromices cerivisiae origina la cervesa.

L'enzim maltasa hidrolitza la maltosa en glucoses.

SACÀ

Lactosa

galactosa + glucosa

ð-D-galactopiranosil-

(1-4)-D-glucopiranosa

Llet

L'enzim lactasa hidrolitza la lactosa.

La major part dels humans deixa de produir lactasa a partir dels dos anys de vida.

RIDS

Sacarosa

glucosa + fructosa

ð-D-glucopiranosil-

(1-2)-ð-D-fructofuranosa

(Perd el poder reductor ja que enllaça els respectius carbonis anomèrics)

Canya de sucre, remoltaxa sucrera

Mel: sacarosa hidrolitzada degut a l'enzim sacarasa de la saliva de les abelles; es diu sucre invertit perquè, mentre la sacarosa abans de la hidròlisi és dextrògira (+66º), la mescla resultant de la hidròlisi: fructosa (levògira, -93º) i glucosa (dextrògira, +52º) dóna una disolució levògira.

TRISACÀRIDS

Rafinosa

glucosa + galactosa + fructosa

Llavors

de remolatxa i de cotó

Abunda al sucre de remolatxa sense refinar; s'elimina pel refinat, d'on prové el nom

TRISACÀRIDS

Estreptomicina

glucosa +

2 derivats d'aminosucres

Bacteri del sòl Streptomyces griseus

Activa contra bacteris patògens (gram + i -; mycobacteris de Koch, i espiroquetes); l'excés danya el 8é nervi cranial i produeix sordesa

COMPLEXOS

Neomicina

monosacàrid +

2 derivats d'aminosucres

Bacteri del sòl Streptomyces fradiae

Activa contra bacteris patògens

9. Semblances i diferències entre el midó, el glicogen i la cel·lulosa

10. Importància de la cel·lulosa en la dieta humana

11. ¿Hem citat algun sucre essencial (obligatòriament subministrable) en la dieta humana?

12. Comenta: “els esquelets externs estan formats per polisacàrids”

ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

CARBOHIDRATS O GLÚCIDS:

POLISACÀRIDS. I

Els polisacàrids són polímers que per hidròlisi alliberen gran quantitat d'oses o monosacàrids.

Podem distingir-ne:

Homopolisacàrids: resultants de la condensació de moltes molècules d'una mateixa osa

Heteropolisacàrids: formats per la condensació de moltes molècules de diferents tipus d'oses.

HOMOPOLISACÀRIDS

GRUP

NOM

FORMULA

FUNCIONS

OBSERVACIONS

MONOSACÀRIDS

PARTICIPANTS

ENCADENADA

(amb l'enllaç encadenant)

I LOCALITZACIÓ

(cel·lular i/o orgànica)

relacions amb la salut,

usos industrials

Midó

ð D (+) glucosa

enllaç ðð amilosa (lineal) i amilopectina (ramificada)

DE RESERVA

Grans de cereals; patates

Farina, coques, pastes, pizzes, etc.

HOMO

Glicogen

ð D (+) glucosa

enllaç ð; ramificat

DE RESERVA

Músculs i fetge de molts animals.

Els mol·luscos amb reserves de glicogen estan més saborosos

POLI

SACÀ

RIDS

Cel·lulosa

ð D (+) glucosa

enllaç ð; lineal

ESTRUCTURAL

Parets cel·lulars en cianobacteris,

algues i vegetals

Certs microorganismes i algun animal (Lepisma saccharina, Teredo navalis) sintetitzen cel·lulasa, capaç de digerir la cel·lulosa atacant l'enllaç ð.

Inulina

D (-) fructosa

DE RESERVA

Reserva en plantes de la família Compostes (carxofes, gira-sol, etc.)

Quitina

N-acetil-glucosamina

ESTRUCTURAL

Exoesquelet d'artròpodes:

paret cel·lular dels fongs

ESTRUCTURA DE LES MOLÈCULES ORGÀNIQUES

CARBOHIDRATS O GLÚCIDS:

POLISACÀRIDS. II

Els polisacàrids són polímers que per hidròlisi alliberen gran quantitat d'oses o monosacàrids.

Podem distingir-ne:

Homopolisacàrids: resultants de la condensació de moltes molècules d'una mateixa osa

Heteropolisacàrids: formats per la condensació de moltes molècules de diferents tipus d'oses.

HETEROPOLISACÀRIDS

Mureïna

N-acetil-glucosamina

+ N-acetil muràmic

+ aminoàcids

responsables de l'especificitat antigènica dels bacteris

del llatí murus, paret; la lisozima ataca la Mureïna de les parets bacterianes.

HETERO

Pectina

Paret cel·lular dels teixits vegetals; abunda en les pomes, peres, prunes i codonys

Elevada capacitat gelificant: diluïda amb aigua i sucre s'usa en la preparació industrial de melmelades

POLI

SACÀ

Agar-agar

En algues roges, rodòfits o rodofícies

En microbiologia,

per a preparar medis de cultiu

RIDS

Goma aràbiga

arabana (polímer de la pentosa

L-arabinosa) + altres glúcids

Exudat gomós de tronc i branques, tapona les ferides vegetals

En aigua produeix dissolucions molt viscoses i adhesives

Mucopolisacàrids:

  • àcid hialurònic

  • condroitina

  • heparina

  • En el teixit conjuntiu (junt al col·lagen), en el líquid sinovial i en l'humor vitri.

  • Cartílags, ossos, còrnia, conjuntius

  • Bloqueig de la coagulació de la sang (el pas de protrombina a trombina); en fetge; en saliva d'animals hematòfags.

  • 3. En medicina s'usa per a evitar les trombosis


    PREGUNTES SOBRE L'ESTRUCTURA DELS

    MONOSACÀRIDS. ISOMERIA

    COMENTA LES SEGÜENTS FRASES, INDICANT SI SÓN CORRECTES O NO (les parts sense subratllar són correctes; tan sols has d'indicar si ho són també les parts subratllades)

    Una volta respostes i comentades, pots retallar les preguntes i reordenar-les en el teu quadern per a facilitar-te l'estudi d'aquest tema.

  • Els monosacàrids són polialcohols que han tingut una deshidrogenació en un extrem (aldehid) o en l'interior (cetona) de la cadena policarbonada.

  • Denominem grup carbonil a un carboni unit a un oxigen mitjançant un doble enllaç; tant les aldoses com les cetoses tenen un grup carbonil.

  • Dos substàncies són isòmeres si tenen la mateixa fòrmula molecular però diferent estructura interna i, pertant, diferents propietats (químiques, físiques o biològiques).

  • Si en un monosacàrid tenim x carbonis substituïts asimètricament, el nombre possible d'isòmers és de 2x.

  • L'estereoisomeria és un tipus d'isomeria basada en la diferent posició dels grups hidroxils (-OH) dels C asimètrics.

  • L'isomeria òptica és un tipus d'isomeria basada en el diferent comportament front a la llum polaritzada.

  • Tot i que la denominació de "carboni asimètric" és impròpia, i que caldria dir "carboni substituït asimètricament", sovint s'utilitza la primera expressió; en eixe sentit, podem afirmar que la presència de carbonis asimètrics en els monosacàrids va associada a que aquestos tinguen activitat òptica.

  • Una substància en dissolució té activitat òptica si en ser travessada per llum polaritzada, desvia el pla de vibració d'aquesta.

  • Si una substància en dissolució és travessada per llum polaritzada i aquesta varia el seu pla de vibració, diem que la substància té activitat òptica. Quan l'observador se situa front al raig lluminós emergent, si aquest ha sigut desviat cap a la dreta (en el sentit horari, o de gir de les agulles del rellotge), diem que la substància és dextrògira, i se simbolitza pel signe (+), mentre que si el desvia en sentit contrari s'anomena levògira, i es representa pel signe (-).

  • El valor absolut de l'activitat òptica (els graus que es desvia) i el sentit de rotació (dreta o esquerra) d'una osa és la suma algebraica dels efectes de cadascun dels carbonis asimètrics.

  • Cada carboni asimètric d'un monosacàrid en dissolució desvia la llum polaritzada un cert nombre de graus cap a la dreta o cap a l'esquerra. La suma de les desviacions de tots els carbonis asimètrics d'un monosacàrid dóna un resultat de desviació global cap a la dreta (+) o cap a l'esquerra (-).

  • Si dos estereoisòmers són imatges especulars entre sí, es diuen enantiòmers o enantiomorfs, i s'anomenen conservant el nom però afegint només la lletra que fa referència a la sèrie D o L.

  • Mentre els organismes tan sols sintetitzen un dels dos enantiòmers, quan es fa una síntesi química en el laboratori s'obté una mescla equimolecular dels dos isòmers (que anomenem mescla racèmica).

  • Com el monosacàrid més senzill, el D-gliceraldehid, és dextrògir això va influir en la terminologia inicial de D i L; però, en l'actualitat se sap que la pertinença d'una osa a la sèrie D o a la sèrie L no pressuposa en cap manera el sentit del seu poder rotatori.

  • En les oses de la sèrie D, el grup hidroxil o alcohol (-OH) situat en el C*(n-1) (el carboni assimètric més allunyat del carboni carbonil) té la mateixa configuració espacial (està situat al mateix costat) que l'hidroxil situat en el C2 del D-gliceraldehid.

  • Les lletres D i L col·locades davant del nom de l'osa no són més que un índex de la sèrie, mentre que el sentit de la desviació de la llum polaritzada està indicat pels signes (+) o (-) col·locats entre parèntesis.

  • Dos enantiòmers són dues substàncies químicament iguals, però físicament diferents (desvien de manera oposada el pla de vibració de la llum polaritzada), i també biològicament diferents (mentre una forma és biològicament activa, l'altra no ho és).

  • Els enantiòmers tenen una activitat òptica oposada: si un és (+), l'altre és (-)

  • Si un monosacàrid és D, el seu enantiòmer és L.

  • No hi ha cap relació entre que una molècula siga D o L i el fet que aquesta molècula siga dextrògira o levògira.

  • Mentre la D-glucosa és dextrògira (+), la D-fructosa és levògira (-).

  • Dos isòmers que, a concentracions iguals, desvien la llum polaritzada el mateix valor angular però en sentits oposats, són isòmers òptics; i també són entantiòmers entre sí.

  • Quan dos monosacàrids es diferencien tan sols en la posició que ocupa el grup hidroxil (-OH) en un carboni asimètric, es diu que són epímers.

  • Els epímers són estereoisòmers.

  • Els epímers són substàncies químicament (i biològicament) diferents.

  • Diem epímers a dues molècules que difereixen entre elles només en la configuració espacial d'un centre d'asimetria molecular en una molècula que en conté diversos.

  • Per a respondre les següents cinc preguntes, convé que consultes la fotocòpia que vos vaig donar sobre la filiació de les aldohexoses de la sèrie D.

  • La D-galactosa i la D-glucosa són epímers.

  • La D-manosa i la D-glucosa són epímers.

  • La D-manosa i la D-galactosa són epímers.

  • La D-glucosa i la D-galactosa són enantiòmers.

  • La D-galactosa i la L-galactosa són enantiòmers.

  • La ciclació d'una osa té com a conseqüència l'aparició d'un nou centre asimètric en l'antic C carbonil.

  • Els anòmers difereixen en la configuració estereoquímica d'un centre d'asimetria concret, el situat en l'antic C carbonil.

  • Dos anòmers sempre pertanyen a la mateixa sèrie, D o L.

  • L'anòmer ð d'una osa de la sèrie D és el que posseeix el poder rotatori més elevat. Eixe valor correspon a la posició transde l'hidroxil en C anomèric respecte al CH2OH final.

  • En les demés oses poden donar-se altres configuracions.

  • En l'ð-D-glucosa els hidroxils (-OH) portats pels àtoms de carboni C1 i C2 (contigus) estan a la mateixa banda del pla, és a dir, en posició cis.