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Tema 2. Biomoléculas: Propiedades y Reacciones Biológicas

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Ester Cancho

on 9 September 2015

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Transcript of Tema 2. Biomoléculas: Propiedades y Reacciones Biológicas

Carbohidratos
Tema 2. Biomoléculas: Propiedades y Reacciones Biológicas
Objetivos:

Características estructurales de cada grupo de biomoléculas: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos

Reconocer por su nombre "trivial", sus formas abreviadas más comunes y su estructura a los principales miembros de cada familia de biomoléculas

Representar de forma desarrollada y abreviada las estructuras de cada tipo de biomolécula, incluyendo su estereoquímica

Reconocer la importancia de la formación de macromoléculas a partir de las biomoléculas

Relacionar las biomoléculas con sus funciones biológicas

Describir las reacciones químicas mas importantes en los sistemas biológicos en la industria.

Describir brevemente los métodos utilizados para su análisis

[ glúcidos , carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos ]
Compuestos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno (1:2:1)
n
Químicamente, los glúcidos son polialcoholes con grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona), lo cual los convierte en polihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas).
En algunos casos pueden tener además otros elementos químicos como nitrógeno (N), azufre (S) o fósforo (P).
Función energética de los CH
Propiedades físicas de los CH
Algunos carbohidratos —como la glucosa, por ejemplo— sirven, efectivamente, como combustible de utilización inmediata para producir energía.
La combustión de 1g de CH produce unas 4 Kcal.

Sus funciones oxigenadas (carbonilos y alcoholes) permiten que interaccionen con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. Por este motivo se utilizan las grasas como fuente energética de uso diferido y los HC como combustibles de uso inmediato

La degradación de los CH puede tener lugar en condiciones anaerobias (fermentación) o aerobias (respiración)
Debido a la presencia de tantos grupos hidroxilos (- oh), los carbohidratos son capaces de formar puentes de hidrogeno y por ello son solubles al agua.Los de alto peso molecular como los polisacáridos no son solubles en agua a menos que se utilice calor. Son insolubles en disolventes orgánicos.

Los carbohidratos son compuestos cristalinos

Disueltos en agua tienen la capacidad de desviar la luz polarizada
Presentan un alto punto de fusión

Los carbohidratos simples tienen sabor dulce mientras que los complejos no.

Presentan isomería, es decir, son sustancias que tienen la misma forma molecular pero difieren en sus propiedades
Función energética de los CH
El principal ciclo energético de la biosfera depende en mayor parte del metabolismo de los carbohidratos.
En la fotosíntesis, las plantas utilizan la energía de la luz solar para combinar CO2 y H2O en carbohidratos, liberando el oxigeno en el proceso.
En la respiración, tanto plantas como animales, oxidan los carbohidratos liberando energía y volviendo a formar CO2 y H2O.
Los carbohidratos sintetizados por las plantas pasan a ser la principal fuente de carbono de todos los tejidos animales.
Almacenamiento

Carbohidratos como el almidón en las plantas y el glucógeno en los animales— sirven como reserva energética de movilización rápida (almidón en plantas y glucógeno en animales).
Generación de energía
Función estructural de los CH
El polisacárido llamado quitina, por ejemplo, forma parte de la estructura de los hongos o de los exoesqueletos de los insectos y otros artrópodos.

Las paredes celulares de hongos y bacterias están formadas por CH o derivados de los mimos
La celulosa —polisacárido—forma parte de la pared celular de las células vegetales. Es la molécula orgánica mas abundante en la biosfera
Las matrices extracelulares de los tejidos animales de sostén (conjuntivo, óseo y cartilaginoso) están constituidos por polisacáridos nitrogenados (glucosaminoglicanos o mucopolisácaridos)
Función informativa de los CH
Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie.

Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células.

Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.

En muchos casos las proteínas se unen a una o varias cadenas de oligosacáridos, que desempeñan varias funciones: • ayudan a su plegamiento correcto • sirven como marcador para dirigirlas a su destino dentro de la célula o para ser secretada • evitan que la proteína sea digerida por proteasas • aportan numerosas cargas negativas que aumentan la solubilidad de las proteínas, ya que la repulsión entre cargas evita su agregación.
Función de detoxificación de los CH
• Eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo

• compuestos que se producen en ciertas rutas metabólicas, que hay que eliminar o neutralizar de la forma más rápida posible (bilirrubina, hormonas esteroideas, etc.)

• compuestos producidos por otros organismos (los llamados metabolitos secundarios: toxinas vegetales, antibióticos, etc.)
• compuestos de procedencia externa (xenobióticos: fármacos, drogas, insecticidas, pesticidas, aditivos alimentarios, etc.)

Ej,conjugarlos con un derivado de la glucosa: el ácido glucurónico para hacerlos mas solubles
Regulan las funciones intestinales (fibra alimentaria). La fibra alimentaria juega un papel importante en la regulación de la función intestinal con los consiguientes efectos beneficiosos para la salud ya que:

· Favorece el tránsito intestinal al absorber agua
· Aumenta el volumen de heces y las ablanda
· Disminuye la absorción de ciertas sustancias (como colesterol)
· Aumenta la sensación de saciedad
· Retarda el vaciado del estómago (fibra soluble)
· Disminuyen el pico de glucemia (niveles de glucosa en sangre) tras las comidas en diabéticos
· Disminuye el riesgo de cáncer de colon y enfermedades cardiovasculares.
Función de regulación de los CH
Clasificación de
los carbohidratos

Todos los carbohidratos están formados por unidades estructurales de azúcares, que se pueden clasificar según el número de unidades de azúcar que se combinen en una molécula.
Monosacáridos

Características

Carbohidratos más sencillos (una sola unidad molecular)
azúcares monoméricos simples

No pueden ser hidrolizados

La fórmula química general de un monosacárido no modificado es (CH2O)n,donde n es cualquier número igual o mayor a tres, su límite es de 7 (9) carbonos.

Grupo carbonilo + grupos hidroxilos

Se clasifican según la naturaleza química del grupo carbonilo y del numero de átomos de C

Números de carbonos + el sufijo “osa”.
Ej Monosacárido de 3C= Triosa

Propiedades físicas

Solubles en agua.

Sabor dulce.





Sólidos, blancos y cristalinos.



Desvían el plano de la luz polarizada.
Dextrógiros (+) derecha
Levógiros (-) izquierda

Si el grupo carbonilo se encuentra en el extremo del azúcar, forman un grupo aldehído , y la molécula se conoce como
aldosa
.

Si el grupo carbonilo de encuentra en una posición interna, forman un grupo cetona , el azúcar es una
cetosa
.
Monosacáridos
Triosas
Existen dos triosas: gliceraldheído y la dihidroxiacetona
Representan las dos clases principales de monosacárido

Poseen la misma composición atómica

Son

tautómeros:
isómeros estructurales que difieren en la disposición de los átomos de hidrógeno y los dobles enlaces

Pueden interconvertirse a través de un intermediario inestable,
enediol,
el cual no puede aislarse

Las interconversiones se producen entre todos los pares de monosacáridos aldosa y cetosas. son reacciones muy lentas si no están catalizadas
gliceraldheído: aldheído: aldosas dihidroxiacetona: cetona: cetosas
Numeración de los carbonos:

Aldosas: se inicia por el aldehído
Cetosas: se inicia por el carbono terminal más próximo al grupo cetona
En el gliceraldheído, el segundo carbono se une a cuatro grupos diferentes,
carbono quiral.
Estereoisómeros
El gliceraldehído tiene dos estereoisomeros del tipo
enantiómeros.

Los
enantiómeros
son isómeros con imágenes especulares, no superponibles, una de la otra.


Actividad óptica de los enantiómeros: Cuando se hace incidir un plano de luz polarizada sobre de luz atraviesa una solución de un monosacárido el plano de luz polarizada gira un determinado ángulo característico de ese compuesto.

Si la desviación se produce hacia la derecha se dice que el isómero es dextrógiro y se representa con el signo (+).
Si la desviación es hacia la izquierda se dice que el isómero es levógiro y se representa con el signo (-).

Las formas D y L pueden ser dextrógiras o levógiras.

Los isómeros tienen la misma fórmula molecular pero diferente fórmula estructural.
Tipos de isomería
Isomería de los carbohidratos

Hay varios tipos de isómeros:

Isomería de función
. Las aldosas y cetosas
I
somería espacial
o
estereoisómeros

Los monosacáridos presentan carbonos asimétricos (unidos a 4 grupos diferentes), lo que determina la aparición de
estereoisómeros
.
Estereoisómeros
Cuando el átomo de carbono se une a cuatro grupos diferentes, la molécula es asimétrica, y se dice que el átomo de carbono es asimétrico o
quiral
.

El número de isómeros de una molécula es 2n (n= nº carbonos asimétricos)
El monosacárido más simple con estereoisómeria es el gliceraldehído (1 C quiral)
Enantiómeros
Los enantiómeros giran el plano de la luz polarizada en cantidades iguales pero en direcciones opuestas.


Formas D: El grupo -OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional está a la derecha.


Formas L: El grupo -OH del carbono asimétrico más alejado del grupo funcional está a la izquierda.
Series D y L
La actividad óptica es independiente de las formas D y L, por lo que hay formas D (+), D (-), L (+) y L (-).
Para nombrar a las formas enantiómeras de los monosacáridos se toma como referencia el carbono asimétrico más alejado del grupo funcional:
El compuesto que tiene el grupo -OH a la derecha se llama D-gliceraldehido y el que lo tiene a la izquierda L- gliceraldehido.
Ejemplos de presencia de y funciones de monosacáridos
Los monosacáridos más importantes en la naturaleza son los enantiómeros D.
Los
estereoisómeros
(isómeros ópticos): son isómeros cuyas moléculas se diferencian por la disposición de sus átomos o grupos funcionales en el espacio. Por ejemplo todas las aldohexosas (D y L)

Los
enantiómeros
son estereoisómeros que son imágenes especulares una de la otra y no se pueden superponer. Por ejemplo la D-glucosa y la L-glucosa ).

Los
diastómeros
son estereoisómeros que no son imágenes especulares pero tampoco se pueden superponer. Por ejemplo la glucosa y la galactosa o la manosa.

Los
epímeros
son diastómeros que se diferencian en la ordenación en torno a un solo carbono asimétrico.

Los
anómeros
son enantiómeros que se producen cuando un monosacárido se cicla y aparece un nuevo carbono asimétrico o quiral. Por ejemplo la α-D-glucosa y la β-D-glucosa)
Nota sobre isomería espacial, terminología
El caso más frecuente de ausencia de plano de simetría se debe a que algún carbono tetraédrico está unido a cuatro radicales distintos (carbono asimétrico-quiral).

Para representar en un plano los carbonos asimétricos (enantiómeros) la forma mas compacta y utilizada es la de Fischer (dos dimensiones).

Según esta convención, se proyecta la molécula sobre el plano del papel con las siguientes condiciones:

muestra los carbones quirales como intersección de lineas verticales y horizontales.

los enlaces que se dibujan horizontalmente van hacia el espectador y los que se dibujan verticalmente van hacia atrás.
Proyección de Fischer
Diastereómeros
En los monosacáridos de más de tres carbonos, aparece una nueva complicación estructural al poder haber más de un carbono quiral.

Esto hace que existan dos tipos de estereoisómeros:
los enantiómeros (estereoisómeros especulares)
los
diastereómeros
Ej. las tetrosas, tienen dos carbonos quirales en formas aldosas, por lo que tendra cuatro estereoisómeros, 2n. (Existen dos posibilidades en cada centro quiral).
las cetosas de cuatro carbonos, denominadas eritrulosa, solo tienen un par de enantiómeros, puesto que solo tienen un carbono quiral.
Relaciones estereoquímicas de las D-aldosas
Relaciones estereoquímicas de las D-cetosas
Estructuras de anillo de aldosas- ciclación
En disolución acuosa, los aldehídos y las cetonas, reaccionan fácilmente con los grupos alcohol para formar hemiacetales.


La estructura lineal de los monosacáridos de 5 o 6 carbonos, generalmente se cierran sobre si misma formando estructuras de anillo muy estables mediante la formación de un
hemiacetal
interno.

Anillos de pentosa
Ciclación de una aldopentosa; D-ribosa:

Dos posibles formas de cerrar el anillo:

Reacción del oxigeno del grupo aldheido (C1) con el hidroxilo del C4:
Estructura de anillo de cinco eslabones denominada
furanosa

Reacción del oxígeno del C1 con el hidroxilo del C5
:

Estructura de anillo de seis eslabones denominada
piranosa
La formación entre una furanosa o piranosa depende de la estructura concreta del azúcar, del pH, de la composición del disolvente y la temperatura.
Anómeros
Al formarse las formas cíclicas, aparece en los monosacáridos un nuevo carbono asimétrico, aquel en donde estaba el grupo aldehído o cetona, que recibe el nombre de
carbono anomérico.
De este modo aparece la posibilidd de dos nuevos estereoisómeros que reciben el nombre de anómeros.

Los
anómeros
se nombran anteponiendo el nombre del monosacárido las letras griegas
α
y
β
según si el grupo OH queda abajo (α) o arriba (β) de la estructura cíclica.
Proyecciones de Haworth
Los monosacáridos pueden experimentar una interconversión entres sus formas anómeras,utilizando como intermediario su cadena abierta. Este proceso se denomina
mutarrotación.
Los anillos de azúcar se representan mediante proyecciones de Haworth.
El plano del anillo s perpendicular al plano del papel y la línia gruesa está más cerca del lector.

Los grupos unidos al los carbonos del anillo (H, OH, CH2OH) se representan por encima (los que en la cadena lineal quedan a la derecha) o por debajo del anillo ( a la izquierda de la cadena).

En todos los monosacáridos D, el grupo CH2OH esta por encima del anillo.

Anillos de hexosa
Se observan dos tipos de anillos como en las pentosas: furanosas (5 eslabones) y piranosas (6 eslabones)

En ambos casos también son posibles los anómeros
α
y
β.
La glucosa y la galactosa se diferencian una de la otra solamente en la configuración alrededor del C4.

Los azúcares de este tipo que se diferencian en la configuración alrededor de un solo carbono, se denominan
epímeros.
Conformaciones
de silla y de bote
Existen dos clases principales de coormaciones de piranosa para los monosacáridos de 6 carbonos : la forma de "
silla
", más estable, y la forma de "
bote
", menos favorecida.
Tanto en la forma de silla como en la de bote puede definirse un eje molecular perpendicular al plano central de la molécula.
Los enlaces de los sustituyentes en los carbonos del anillo pueden clasificarse como axiales (a) o ecuatoriales (e), según sean aproximadamente paralelos o perpendiculares al eje.
Derivados de los monosacáridos
Los monosacáridos tienen cada uno varios grupos hidroxilos a los que pueden unirse sustituyentes o que pueden sustituirse por otros grupos funcionales.
Ésteres fosfato
Ejemplos:
Se forman al reaccionar los monosacáridos con fosfatos de alta energía y participan de manera importante en muchas rutas metabólicas.

Ej. Glucosa 6 fosfato, fructosa 6 fosfato, glucosa 1 fosfato

La hidrólisis de estos compuestos es termodinámicamente favorable, y pueden comportarse como compuestos activados en muchas reacciones metabólicas.
Los ésteres de fosfato son bastante ácidos y en condiciones fisiológicas
se encuentran como mezcla de monoaniones y dianiones.
Alditoles
La reducción del grupo carbonilo de un azúcar da lugar a la clase de compuestos denominados alditoles.

Los mas importantes en la naturaleza son el D-sorbitol (glucitol), D-manitol y el D-eritritol .

Cada uno recibe el nombre del azúcar correspondiente.
Aminoazúcares
Diversos grupos hidroxilo de los monosacáridos se pueden sustituir por grupos amino (-NH2).

Entre las más conocidas están la Glucosamina (2-amino-2-desoxi-D-glucosa) y la galactosamina (2-amino-2-desoxi-D-galactosa).

Estos derivados de los azúcares son componentes importantes de muchos polisacáridos naturales.

Son muy importantes en el metabolismo ya que se encuentran formando parte de glucoproteinas, gangliósidos y glucosaminoglucanos.
Son frecuentes también las modificaciones de estos aminoazúcares.
Ej. Derivados de la B-D-glucosamina:
scan p323
Glucósidos
Son azúcares en los que se ha sido eliminado el oxígeno de un grupo hidroxilo, dejando el hidrógeno. Entre los desoxiazúcares tenemos 2-desoxirribosa es uno de los componentes fundamentales del ADN.
La eliminación de una molécula de agua entre el hidroxilo anomérico de un monosacárido ciclico y el grupo hidroxilo de otro compuesto da lugar a un O-glucósido (el enlace que se forma se denomina enlace o-glucosídico).
Hay un gran número de glucósidos que se encuentran en los tejidos animales y vegetales.
Algunos de ellos son sustancias muy tóxicas ya que actuan como inhibidores de los enzimas que participan en la utilización del ATP.
scan p 324
Desoxiazucares
Oligosacáridos
Los monosacáridos pueden formar enlaces O-glucosídicos entre si dando lugar a los glucanos: oligosacáridos y polisacáridos.
Los oligosacáridos están formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos.
La unión se produce mediante un enlace O-glicosídico.
En el enlace O-glucosídico reacciona el grupo OH (hidroxilo) del carbono anomérico del primer monosácarido con un OH unido a un carbono (anomérico o no) del segundo monosacárido. Se forma un disacárido y una molécula de agua
El -OH o los -OHs que intervienen en la unión pueden encontrarse bien en forma α o ß, lo que dará lugar a sustancias diferentes.
Disacáridos
Son los oligosacáridos más sencillos y de mayor importancia biológica.
El nombre del disacárido debe indicar claramente los monosacáridos constituyentes y los carbonos enlazados mediante enlace O-glucosídico. Para una correcta nomenclatura se deben seguir los pasos siguientes:

1.Se escribe el nombre del monosacárido que emplea el –OH del grupo carbonilo en la unión, cambiando la terminación -osa por -osil.
2.Se expresan entre paréntesis los carbonos participantes en el enlace, separados por una flecha corta .
3.Se escribe el nombre del segundo monosacárido con la terminación –osa, si el enlace es monocarbonílico o con la terminación –ósido, si es dicarbonílico.



Finalmente se nombra el segundo monosacárido acavado en –ósido, si en el enlace intervienen los dos carbonos anoméricos, o en – osa si en el enlace sólo interviene un carbono anomérico (el otro queda libre).
Nomenclatura
de los disacáridos
Si la reacción de los OH provienen de los dos carbonos anómericos, el disacárido será
dicarbonílico
y no tendrá poder reductor.

Sin embargo, si en el enlace participan los OH de un carbono anomérico y de otro carbono no anomérico, el disacárido será
monocarbonílico
y tendrá poder reductor (ya que queda un grupo OH libre en el otro carbono anómerico).

Al final del proceso ambos monosacáridos quedarán unidos por un oxígeno (O)
Características distintivas
de los diferentes disacáridos
1.
Los dos monómeros específicos del azúcar que lo forman y sus configuraciones espaciales.
Los monómeros pueden ser del mismo tipo o pueden ser distintos. ( ej. maltosa= 2x D-glucopiranosa o sacarosa= D-glucopiranosa+D-fructofuranosa).
2.
Los carbonos que intervienen en la unión.
Aunque existen varias posibilidades al respecto, hay un cierto tipo de enlaces que se dan más frecuentemente (ej. 1-1, 1-2, 1-4, 1-6)

3.
El orden de las dos unidades monoméricas, en el caso que sean de tipos distintos.
En el enlace glucosídico interviene el carbono anomérico de un azúcar, y en la mayor parte de los casos el otro esta libre. Por lo tanto, los dos extremos de la molécula pueden diferenciarse por su reactividad química.

4. La configuración anomérica del grupo hidroxilo de cada residuo.
Forma α (alfa) y β (beta) de los carbonos anoméricos tiene un efecto importante en la forma de la molécula (ej. reconocimiento por enzimas)

Disacáridos de
interés biológico
Formada por una α-D- glucosa y una β-D-fructosa unidas por enlace α(1  2).

α-D-glucopiranosil (1 - 2) β-D-fructofuranósido

Es el azúcar de consumo habitual, se obtiene de la caña de azúcar y remolacha azucarera. Forma parte de la savia elaborada de los vegetales. Se produce en las hojas y es transportada hasta los órganos no fotosintéticos donde se usa como fuente de energía.

Es el único disacárido no reductor, ya que los dos carbonos anoméricos de la glucosa y fructosa están implicados en el enlace glucosídico α (1 - 2 ) (enlace dicarbonílico).
Formada por una β-D- galactosa y una glucosa unidas por enlace β(1  4).

β-D-galactopiranosil (1  4) α-D-glucopiranosa


La lactosa es el disacárido más importante en la leche. Es por tanto el llamado azúcar de la leche de los mamíferos. Así, por ejemplo, la leche de vaca contiene del 4 al 5% de lactosa.

Tiene poder reductor ya que existe un carbono carbonilo libre.

La hidrólisis hace que la lactosa produzca glucosa y galactosa.


Posee dos α-D-glucosas unidas por enlace glucosídico α(1  4).

α-D-glucopiranosil (1  4) α-D-glucopiranosa

Es el azúcar de malta. Grano germinado de cebada que se utiliza en la elaboración de la cerveza. Se obtiene por hidrólisis de almidón y glucógeno.

La maltosa existe en pequeñas cantidades en la naturaleza. Sin embargo, la maltosa es muy importante puesto que es uno de los productos hidrolíticos del almidón.

Cuando se produce maltosa en el tracto digestivo, ésta se hidroliza para dar dos moléculas de glucosa.

La maltosa formada por una α-D-glucosa y una β-D-glucosa se conoce como maltosa en forma β y es más estable que la maltosa en forma α. α-
Maltosa
Lactosa
Sacarosa
Formada por dos α-D- glucosas unidas por enlace β(1  4).

β-D-glucopiranosil (1  4) β-D-glucopiranosa

No se encuentra libre en la naturaleza. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa.

Celobiosa
Polisacáridos
Dado que son macromoléculas, los polisacáridos no se disuelven fácilmente en agua y pueden ser insolubles u originar dispersiones coloidales.

No son cristalinos ni tienen sabor dulce.

Los polisacáridos tampoco poseen carácter reductor, ya que no contienen carbonos anoméricos con grupos hidroxilos libres.
Son los glúcidos más abundantes, Son el resultado de la unión de más de 10 unidades de azúcares sencillos (generalmente la glucosa) mediante enlaces O-glucosídicos.

Ejemplos: el almidón y la celulosa (en plantas) y el glucógeno (en animales).
Clasificación polisacáridos
los polisacáridos normalmente son macromoleculas de cientos o miles de monosacáridos unidos.
Por los monosacáridos constituyentes: Homopolisacáridos: mismo tipo de monosacárido Heteropolisacáridos: diferente tipo

Por la ramificación de la molécula:
Lineales
Ramificados
Por su función:
Estructurales: Forman elementos estructurales de las celulas
De reserva: Reserva de monosacáridos
De reconocimiento: Identificación celular
Almidón
Funciones: función de reserva energética. Se encuentra en abundancia en las semillas de los cereales y en el tubérculo de la patata. Se acumula en forma de gránulos dentro de los plastos.

En la molécula de almidón se distinguen dos tipos de polímero:

La
amilosa
es el componente minoritario (menos del 30%). Es un polímero de alfa glucosa, con enlaces 1-4. Puesto que cada dos unidades forman una maltosa, también se puede decir que está compuesto por unidades de maltosa. La molécula tiene una estructura lineal (sin ramificaciones) y de aspecto helicoidal.
La
amilopectina
está compuesta también por unidades de alfa-glucosa con enlaces 1-4 que forman el núcleo central de la molécula helicoidal, pero, además, hay enlaces alfa 1-6 que forman isomaltosas y que constituyen puntos de ramificación cada 12 – 30 glucosas. Dentro de cada ramificación los enlaces siguen siendo alfa 1-4, salvo en las nuevas ramificaciones. En conjunto, la molécula tiene unas cinco o seis veces más unidades de glucosa que la de amilosa, lo que supone algo más de mil unidades.

Es un homopolisacárido formado por moléculas de α-D-glucosa unidas por enlaces glucosídicos α(1 4) y/o α(1 6).
Tiene la misma composición que la amilopectina y una estructura molecular semejante, aunque con mayor número de ramificaciones (cada 8 – 10 glucosas), por lo que el tamaño y el peso molecular son mayores.
Su función es también de reserva o almacén de glucosa, pero es exclusivo de las células de los animales.

Se acumula en forma de granos, sobre todo en el citoplasma de las células muscula­res y hepáticas.

El glucógeno muscular proporciona glucosa como combustible para la con­tracción muscular, mientras que el del hígado es la reserva general de glucosa que pasa a la san­gre y se distribuye a las células.
Glucógeno
Celulosa
Su función es estructural, pues forma la pared de todas las células vegetales, a las que da for­ma y consistencia.

Es especialmente abundante en los tejidos vegetales de las células muertas, como el leño del interior de los árboles y muchas fibras vegetales (cáñamo, esparto, algodón, etc.).

Se considera que es la molécula orgánica más abundante en la naturaleza.

Es un polímero de β-D-glucosa unidas mediante enlaces β(1→4) (celobiosas)

Puede decirse tam­bién que se trata de un polímero del disacárido celobiosa.

La molécula tiene forma de cadena helicoidal, sin ramificaciones.

Unas moléculas se unen lateral­mente a otras mediante puentes de hidrógeno y forman microfibrillas, que se agrupan en otros haces mayores pudiendo, en algunos casos, constituir fibras visibles a simple vista, como las del algodón.


La mayoría de los animales no pueden digerir la celulosa por carecer de enzimas capaces de romper el enlace beta (1→4).

Muchos microorganismos y ciertos invertebrados, segregan celulasas.

Los herbívoros (especialmente rumiantes) y algunos insectos (termitas) poseen bacterias y protozoos simbiontes en su tubo digestivo capaces de hidrolizar dicho enlace.
Las enzimas quitinasas, capaces de degradar la quitina por hidrólisis, son muy escasas en la naturaleza (existen en los caracoles y en ciertos insectos tropicales), por lo que, en general, no es digerible.

Su función es estructural, ya que constituye el componente esencial del exoesqueleto de muchos invertebrados (Artrópodos, algunos Anélidos, etc.). También forma parte de la pared celular de hongos y líquenes.


Es un polímero de un derivado de la glucosa, la N-acetil-glucosamina.

La quitina está constituida por el disacárido quitobiosa (entre las llaves en el esquema) formado por la unión β(1→4) de moléculas de β-D-N-acetil glucosamina

Forma cadenas semejantes a la celu­losa que se unen lateralmente, por lo que resultan muy resistentes al ataque de agentes químicos.
Quitina
Lípidos
Los lípidos son un grupo de moléculas estructural y funcionalmente diverso.
Debido a su diversidad estructural, los lípidos llevan a cabo múltiples funciones:
almacenamiento de energía, señalización y formación de estructuras membranosas.
Características generales:

Deriva de lypos: grasa.
Grupo diversificado de sustancias.
Gran variedad estructural.
Propiedades físicas comunes.
Características químicas diversas.
Funciones tanto energéticas como estructurales y de señalización.
Formados por C, H, y O; pueden contener (N, P y S).
Poco o nada solubles en agua.
Solubles en solventes orgánicos

Lípidos
Estructura molecular y compartimiento de los lípidos
Los lípidos generalmente no son hidrosolubles, debido a que la gran parte de su estructura es hidrocarbonada.

Rara vez se encuentran libres en disolución. Se suelen asociar a proteinas solubes o formar ensamblajes ue secuestran la parte hidrófoba de la molécula del entorno acuoso.
A diferéncia de los monosacáridos en los carbohidratos, los aminoáccidos en las proteinas y los nucleótidos en los ácidos nucleicos, los lípidos no forman polímeros covalentes grandes.

Suelen asociarse entre ellos mediante fuerzas no covalentes, ya sea mediante un efecto hidrófobo que favorece la entropía o mediante fuerzas de Van der Wals.

Los lípidos constituyentes de la membrana generalmente se caracterízan por una "cabeza" hidrófila polar, conectada a una "cola" hidrocarbonada hidrófoba apolar.
La naturaleza anfipática de los lípidos de membrana lleva a estos compuestos a formar micelas y bicapas.
El tipo de estructura que se forma cuando un lípido entra en contacto con medio acuoso depende de la estructura molecular específicas de la parte hidrófila e hidrófoba de la esa molécula lipídica.
FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS
Energética
: combustible de alto valor calórico.

Los lípidos (generalmente en forma de triacilgiceroles) constituyen la reserva energética de uso tardío o diferido del organismo.
Su contenido calórico es muy alto y de uso diferido. Se produce 9.4 kcal/g (glúcidos solo producen 4,1 Kcal/g)

Sólo pueden ser metabolizados por degradación aeróbica ( a diferéncia de los carbohidratos).

Estructural:
forman membranas biológicas


Informativa
: Mecanismos de señalización intra e intercelular mediante señales químicas - hormonas.
(ej.hormonas esteroideas, los glucolípidos y , prostaglandinas).

Para poder delimitar bien el espacio celular, la interfase célula-medio debe ser necesariamente hidrofóbica. Esta interfase está formada por lípidos de tipo anfipático (fosfolípidos), que tienen una parte de la molécula de tipo hidrofóbico y otra parte de tipo hidrofílico.

En medio acuoso, estos lípidos tienden a autoestructurarse formando la bicapa lipídica de la membrana plasmática que rodea la célula.

En las células eucariotas los orgánulos celulares (núcleo, mitocondrias, cloroplastos, lisosomas, etc) también están rodeados por una membrana lipídica.


Protectora:
Las ceras impermeabilizan las paredes celulares de los vegetales y de las bacterias y tienen también funciones protectoras en los insectos y en los vertebrados.
En algunos animales hay un tejido adiposo especializado que se llama grasa parda o grasa marrón. En este tejido, la combustión de los lípidos está desacoplada de la fosforilación oxidativa, por lo que no se produce ATP, y la mayor parte de la energía derivada de la combustión de los triacilgliceroles se destina a la producción de calor. También actua como aislante térmico.

Reserva de agua:
Los lípidos representan una importante reserva de agua.
Al poseer un grado de reducción mucho mayor al de los hidratos de carbono, la combustión aerobia de los lípidos produce una gran cantidad de agua (agua metabólica).

Así, la combustión de un mol de ácido palmítico puede producir hasta 146 moles de agua.

En animales desérticos, las reservas grasas se utilizan principalmente para producir agua (es el caso de la reserva grasa de la joroba de camellos y dromedarios).
Producción de calor:
Ácidos grasos
Son los lípidos más sencillos
Son componentes de lípidos mucho más complejos

Molécula bipolar anfipática.

Estructura básica: un grupo carboxilo hidrófilo unido a un extremo de una cadena hidrocarbonada de entre 12-24 carbonos (hidrófoba).
Segun la preséncia o no de insaturaciones
Ácidos grasos saturados
: Todos los carbonos de la cola están saturados con átomos de hidrógeno.

Es decir, todos los C unidos con enlaces senzillos C-C.

Estructura flexible
Sólidos a temperatura ambiente
Elevados puntos de fusión
La mayor parte de ácidos grasos en la naturaleza tienen un número par de átomos de C, (sínteis a partir del precursor Acetil-CoA.
Ácidos grasos insaturados
: Existe uno o más dobles enlaces entre átomos
de C.

Estructura rígida
Líquido-aceitoso a temperatura ambiente
Bajo punto de fusión


Monoinsaturados:
1 sólo doble enlace

Poliinsaturados:
2 o más dobles enlaces



La orientación del doble enlace pude ser
cis
o
trans
.
Ejemplos
Á. graso saturado:
Ácido Palmítico (16C): CH3(CH2)14COOH.

El ácido palmítico es el principal ácido graso saturado de la dieta.
Es el más abundante en las carnes y grasas lácteas y en los aceites vegetales como el aceite de coco y el aceite de palma.

Es el ácido graso más abundante en los tejidos humanos.
Á. graso monoinsaturado:

Ácido oleico (18C): CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
El ácido oleico se encuentra en la mayoría de las grasas y aceites naturales en distintas proporciones (ej. aceite acite de oliva de 70 a 75%; en el aguacate 70%; en el aceite de semilla de uvas de 15-20%, en el aceite de girasol en un 35%). También se encuentra en muchas grasas animales (carne de cerdo 38%, pollo 37%)

Es el ácido graso mas abundante del tejido adiposo humano.


Á. graso poliinsaturado:
Ácido linoleico (18C):
CH3(CH2)4CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
Pertenece a la familia de ácidos grasos omega 6, que son ácidos grasos esenciales, lo que significa que el cuerpo humano no lo puede sintetizar y debe incorporarlos a través de la dieta.

Este ácido tan sólo se encuentra en ciertos vegetales, tales como la soja, el girasol, la calabaza, el maíz o también en el algodón.

Es muy importante como precursor de otros ácidos grasos esenciciales para el cuerpo humano.
Aunque en la mayoria de ácidos grasos las cadenas hidrocarbonadas son lineales, en algunos casos (principalmente en bacterias) podemos encontrar ácidos grasos que contienen ramificaciones e incluso estructuras cíclicas.
Propiedades físicas
de los ácidos grasos
Los ácidos grasos son ácidos débiles, con valores de pK alrededor de 4.5
(a pH fisiológico se encuentran en forma ionizada- RCOO-).
comportamiento anfipático
(formación de monocapas, micelas)
Efecto espumante
Capacidad emulsificadora (medio acuoso-oleoso)
A pesar de que los ácidos grasos tienen funciones metabólicas muy importantes, casi nunca se encuentran el las células vivas grandes cantidades de ácidos libres ni de sus aniones.

Los ácidos grasos se encuntran casi siempre formando parte de moléculas lipídicas más complejas.
Los ácidos grasos por si solo no tiene ni olor, ni color ni sabor. Cualquier olor, color o sabor es por asociación a otros componentes.
(ej. carotenos en la grasa de la leche)
Flotabilidad
Propiedades químicas
de los ácidos grasos
1. Hidrogenación:
ácido graso insaturado + hidrógeno = ácido graso saturado
2. Esterificación
ácido graso + alcohol: ester + agua
3. Saponificación
Los ácidos grasos reaccionan con bases fuertes la sosa (NaOH) o la potasa (KOH), dan las correspondientes sales sódicas o potásicas del ácido graso que reciben el nombre de jabones.

Triacilgliceroles: grasas
El almacenamiento de los ácidos graso (energía) en el organismo se realiza en gran parte en forma de t
riacilgliceroles
,
triglicéridos
o
grasas
.
Triéstereres de glicerol con tres ácidos grasos
(tres grupos hidroxilos del glicerol se esterifican)
Diferentes tipos de ácidos grasos (longitudes e insaturaciones)
Compuestos neutros ( no tienen ningún grupo ionizable)
No polares, insolubles en agua
Los más abundantes en la naturaleza
Constituyen el 98% de lípidos del tejido adiposo
Importantes y eficientes reservorios energeticos
Tipos de triacilgliceróles
1. Grasas simples:
Si los tres ácidos grasos unidos al glicerol son del mismo tipo.

Ej.tripalmitina, trioleina
2. Grasas mixtas:
Si los ácidos grasos unidos al glicerol son distintos.

Ej. estearo-dioleina, palmito-oleo-estearina
La mayoria de grasas (triacilgliceróles) naturales son una grasas mixtas con una mezcla de ácidos grasos entre ellos insaturados.
Ceras
El resultado es una molécula muy hidrófoba (dos extremos hidrófobos), ya que no aparece ninguna carga y su estructura es de tamaño considerable

Son sólidas a temperatura ambiente.
(al igual que con las grasas, la dureza de las ceras viene determinada por la longitud de sus cadenas y el grado de saturación).

Las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora.
Las ceras , se forman por la unión de un ácido graso de cadena larga (de 14 a 36 átomos de carbono) con un monoalcohol , también de cadena larga (de 16 a 30 átomos de carbono), mediante un enlace éster .
En algunos organismos marinos las ceras se utilizan para almacenamiento de energia en vez de otros lípidos.
En las abejas, las ceras tienen una función estructural.
Sin valor nutritivo
Lípidos complejos
Son lípidos que contienen substancias adicionales
ej.: azúfre, fósforo, grupo amino, carbohidratos o proteinas
1. Fosfolípidos

2. Glucoesfingolípidos y esfingolípidos (glucolípidos)

3. Lipoproteinas


Fosfolípidos
Compuestos lipídicos que contienen un ácido fosfórico en su estructura.
Características:

Derivados del ácido fosfatídico (glicerol + 2 ácidos grasos + fosfato)

Anfipáticos: dominios hidrofóbicos e hidrofílicos.
Dominio hidrofóbico: cadenas hidrocarbonadas de los ácidos grasos.
Dominio hidrofílico: grupo fosfato u otros grupos polares.

En solución acuosa forman micelas.

En alta concentración forman bicapas.

Nombre: prefijo fosfatidil + derivado aminado o polialcohol.
Funciones
Componentes principales de las membranas celulares
Función emulsificante de las grasas

Mensajeros secundarios en transducción de señales
ej. diacilglicerol y fosfatidilcolina
Compuestos importantes de la cubierta de mielina de las neuronas
Presentes en grandes cantidades en hígado y cerebro y sangre
Importante función en la coagulación de la sangre
Actúan como surfactantes pulmonares, indispensables para el buen funcionamiento de los pulmones.

Es componente esencial de los ácidos biliares, éstos cumple la función de solubilizar el colesterol.

Actúan como precursores de la síntesis de prostaglandinas
Estructura
Los fosfolípidos se componen de:
1)
Ácidos grasos
( un ácido graso saturado y otro insaturado)

2)
Ácido fosfórico

3)
Alcohol
(glicerol, inositol o esfingosina)

4)
Base nitrogenada
(colina, serina, treonina o ethanolamina)
Los fosfolípidos se clasifican principalmente según sus distintas cabezas polares o hidrófilas.
Clasificación
Dos grupos de fosfolípidos según el tipo de alcohol presente:

Glicerofosfolípidos y Esfingofosfolípidos
B) Esfingofosfolípidos:


Son los fosfolípidos que estan unidos con el aminoalcohol esfingosna en vez de con glicerol.
Están formados por la esterificación de un ácido fosfatídico con un alcohol o un aminoalcohol.

El á
cido fosfatídico
es el fosfolípido más sencillo, es una molécula formada por la unión por un enlace éster de un grupo fosfato con el carbono 3 de la glicerina.
Los carbonos 1 y 2 están esterificados con dos ácidos grasos, uno saturado y otro insaturado.
El resto de los fosfoglicéridos tiene por lo menos un grupo alcohol o amino unido al ácido fosfatídico.
Los fosfoglicéridos más abundantes son la fosfatidilserina, la lecitina o fosfatidilcolina y la fosfatidiletanolamina, (abundantes en las membranas de las células eucariotas)
A) Glicerofosfolípidos:
Están formados por la unión de un amino alcohol insaturado (esfingosina) y un ácido graso saturado o monoinsaturados de cadena larga.

Este conjunto se denomina ceramida, al que se une un grupo fosfato y una molécula polar que es la que va a diferenciar los distintos tipos de esfingolípidos.

El fosfoesfingolípido más abundante es la esfingomielina, (muyabundante en las vainas de mielina de las neuronas). El radical R es unamolécula de ác. fosfórico esterificada con colina
Son lípidos complejos formados por la unión de una ceramida y un glúcido (carbohidrato).

No tienen fosfato y en lugar de un alcohol, presentan un glúcido.

Forman parte de las membranas celulares, especialmente las neuronas del cerebro.

También se encuentran asociados a glucoproteínas formando el glucacálix de las membranas.
Glucoesfingolípidos

Los glucoesfingolípidos pueden dividirse en tres grupos:
1. cerebrósidos 2. Sufátidos 3. gangliósidos.


Los
cerebrósidos
son moléculas en las que a la ceramida se une una cadena glucídica que puede tener entre uno y quince monosacáridos ((Glucosa y Galactosa). Son abundantes en el cerebro y en el sistema nervioso.

Los
sulfátidos
son cerebrósidos a los que se les ha unido un sulfato

Los
gangliósidos,
son moléculas en las que la ceramida se une a un oligosacárido complejo en el que siempre aparece el ácido siálico.

Los glucolípidos se sitúan en la cara externa de la membrana celular, en donde realizan una función de relación.
Algunos gangliósidos actúan como receptores de membrana de toxinas (la causante del cólera) y de ciertos virus, permitiendo su entrada en la célula. Otros tiene que ver con la especificidad del grupo sanguíneo, o con la recepción del impulso nervioso a través de la sinapsis. E
Son asociaciones de lípidos y proteínas

Componente proteico: apoproteina
Componente lipídico: colesterol, triacilglicéridos, fosfolípidos, AGL

Tienen dos funciones: participan en los sistemas de membranas y actúan como sistemas de transporte por el plasma sanguíneo.

Las lipoproteínas de transporte han adquirido mucha importancia por su influencia en el metabolismo del colesterol.
Lipoproteinas
1. Quilomicrones
2. VLDL (Very Low Density Lipoproteins)
3. LDL (Low Density Lipoproteins)
4. HDL (High Density Lipoproteins)
Se clasifican en función de su densidad:
Lípidos complejos caracterizados por no tener ácidos grasos en su estructura
En las células animales aparecen en menor cantidad que los otros tipos de lípidos
Algunos son sustancias biológicamente muy activas como hormonas y vitaminas.
-Grupo de lípidos insaponificables muy heterogéneo formados por polimerización de una unidad estructural que es el isopreno (2-metil-butadieno), que pueden tener estructura lineal (fitol) o cíclica (caroteno).

Terpenos (Isoprenoides)

-Algunos terpenos, como los carotenos y xantofilas, son capaces de absorber luz, y de ahí su función como pigmentos (llamados también lipocromos) fotosintéticos. Otros terpenos constituyen vitaminas, como es el caso de:

a)vitamina A: importante papel en la percepción de la luz.

b)vitamina E: interviene en metabolismo lipídico.

c)vitamina K: participa en la coagulación de la sangre.

d)vitamona Q: interviene en los procesos de la cadena respiratoria.

-Son lípidos insponificables derivados del esterano.

- El ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano, se compone cuatro anillos fusionados, tres con seis átomos y uno con cinco; posee en total 17 átomos de carbono.
- En los esteroides esta estructura básica se modifica por adición de diversos grupos funcionales, como carbonilos e hidroxilos (hidrófilos) o cadenas hidrocarbonadas (hidrófobas).

Esteroides

El colesterol, forma parte de las membranas plasmáticas de células animales (más raramente de las vegetales superiores), a las que confiere fluidez y estabilidad ya que se sitúa entre las moléculas de fosfolípidos fijándolas.

El colesterol se une mediante su grupo polar con las zonas hidrófilas de los fosfolípidos contiguos, mientras que el resto de su molécula interacciona con las zonas lipofílicas de esta molécula

También forma parte de algunas lipoproteínas del plasma sanguíneo.

Grupo OH en el C3

Doble enlace entre el C5 y C6

Cadena lateral hidrocarbonada, ramificada unida al C17
La clasificación de los terpenos se basa en el número de moléculas de isopreno que contienen.
Entre los politerpenos, el caucho, que se obtiene del árbol
Hevea brasiliensis.
El caucho es un polímero formado por miles de moléculas de isopreno, dispuestas de forma lineal.
Los esteroides comprenden dos grandes grupos de sustancias, derivados de la molécula ciclopentano perhidrofenantreno: los esteroles y las hormonas esteroideas.


Son esteroides que poseen un grupo hidroxilo unido al carbono 3 y una cadena alifática en el carbono 17. Los esteróles son el grupo más numeroso de los esteroides.

Los principales esteroles son el colesterol, los ácidos biliares, las vitaminas D y el estradiol.
-Todas realizan una función reguladora u hormonal local, aunque sus efectos (funciones) son muy variados. Algunas de las acciones conocidas son:

a) en general, provocan una disminución de la presión sanguínea.

b) ejercen una potente acción constrictora sobre la musculatura lisa (caso de las contracciones uterinas durante el parto).

c) el tromboxano, liberado por las paredes de los capilares cuando son lesionados, provoca la agregación de plaquetas.

d) producen vasodilatación cuando los tejidos sufren golpes, heridas o infecciones (lo cual origina inflamaciones locales).

e) disminuyen la secreción de jugos gástricos e incrementan la producción de mucus protector en estómago e intestino.

f) cuando aumenta su concentración en el hipotálamo ocasionan un aumento de la temperatura corporal (fiebre).
Prostaglandinas
El ácido salicílico, inhibe la síntesis de las prostaglandinas y de ahí su efecto analgésico.
-Son lípidos cuya molécula básica es el prostanato constituyido por 20 átomos de carbono que forman un anillo cicloplentano y dos cadenas alifáticas.
Esteroles

Colesterol

En los animales, el colesterol es un precursor de otros esteroides, entre los que son relevantes:

1)Ácidos biliares: Compuestos que contribuyen a emulsionar los lípidos intestinales, lo cual facilita su digestión y absorción.

2)Vitamina D: Necesaria para el metabolismo y absorción del calcio.

3)Hormonas esteroídicas : Concretamente, la aldosterona y el cortisol, producidas por la corteza suprarrenal, y las hormonas sexuales masculinas y femeninas (testosterona y progesterona, estradiol).
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