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Carbohidratos
María Estela Toledo Palomino

Carbohidratos
 Conocen como:
 Carbohidratos
 Glúcidos
 Hidratos de Carbono
 Base de energía viva en la tierra.
 Provienen de fotosíntesis
 Normalmente contienen C, O e H y
tienen la fórmula aproximada (CH2O)n.

Carbohidratos
 Compuestos orgánicos mas extendidos en biosfera
 Nutrientes orgánicos principales de tejido vegetal (60-90%)
 Después proteínas y lípidos, 3er grupo más abundantes en
animales (<1% en hombre)
 Incluye importantes compuestos como glucosa, fructosa, sucrosa,
almidón, glicógeno, quitina y celulosa.
 Contienen C, H y O, dos últimos en misma proporción que agua
Cx (H2O) x
 Sintetizados a partir materia inorgánica por vegetales mediante la
fotosíntesis
 Vegetales los utilizan como fuente de energía o base para otros
nutrientes

Funciones
 Energéticas: (glucógeno en animales y
almidón en vegetales)
 Glucosa es uno de carbohidratos más sencillos,
comunes y abundantes; representa molécula
combustible que satisface demandas energéticas
de la mayoría de los organismos.
 De reserva:
 Se almacenan como almidón en vegetales y
glucógeno en animales. Ambos polisacáridos
pueden ser degradados glucosa.

Funciones
 Compuestos estructurales:
 Como celulosa en vegetales, bacterias y hongos y
quitina en cefalotorax crustáceos e insectos.
 Precursores:
 Son precursores de ciertos lípidos, proteínas y
factores vitamínicos como ácido ascórbico
(vitamina C.
 Señales de reconocimiento:
 Intervienen en complejos procesos de
reconocimiento celular, en la aglutinación,
coagulación y reconocimiento de hormonas

Clasificación
 Por estructura química, dividen en 2 grupos: azúcares y
no azúcares.
 Azúcares más simples: monosacáridos, dividen:
 Triosas (C3H6O3)
 Tetrosas (C4H8O4)
 Pentosas (C5H10O5)
 Hexosas (C6H12O6).
 Monosacáridos pueden unirse entre sí por deshidratación
para formar di, tri ó polisacáridos, conteniendo 2, 3 ó más
unidades de monosacáridos.
 Oligosacáridos: de 2 a 10 monosacáridos
 “No azúcares”: tienen > 10 monosacáridos y no poseen
sabor dulce.
 No azúcares dividen 2 subgrupos:
 Homopolisacáridos (consistiendo los primeros en unidades de
monosacáridos idénticas )
 Heteropolisacáridos (mezclas distintos monosacáridos)

Monosacáridos
 Todos los monosacáridos solubles en agua,
escasamente en etanol e insolubles en éter.
 Activos ópticamente
 Poseen propiedades reductoras
 Se representan con la fórmula general (CH2O)x
 Generalmente son de sabor dulce.
 Rara vez directamente involucrados en reacciones
bioquímicas intracelulares. Primero transformados en
derivado del mismo:
 Ester de azúcar fosfato (D-glucosa-6-fosfato, D-glucosa-1fosfato,
D-fructuosa-6-fosfato y diésteres de fosfato)
 Azúcares-amino (D-glucosamina),
 Azúcares-ácido (ácido glucónico y ácido glucurónico)
 Azúcares-alcohol (sorbitol).

Clasificación por Grupo
Funcional
 Polihidroxialdehídos:
 1º átomo C es el correspondiente al
grupo aldehído (-CHO).
 Generalmente, 2 a 6 C más en
cadena. Cada uno de estos unido a
un grupo -OH.
 Polihidroxicetonas:
 Tienen grupo carbonilo (C=O) en 2º
átomo C
 Demás átomos de unidos a un grupo
-OH

 La siguiente imagen te presenta tres tipos de
hexosas diferentes por su grupo funcional:
Analiza la imagen, qué diferencia estructural encuentras
entre la glucosa y la galactosa?

Azucares D y L
 Cuando en la estructura del
monosacárido hay un grupo –OH del
lado derecho en el penúltimo Carbono,
se les designa como D (D-glucosa, D-
galactosa).
 Si el grupo –OH se encuentra del lado
izquierdo en el penúltimo Carbono, a
estos se les conoce como azúcares L.

Degradación de una aldosa.
Todos estos azúcares son naturales, excepto la treosa, lixoxa,
alosa y gulosa.
Los azúcares de la serie D dan lugar a D-(+)-gliceraldehído en
la degradación a triosa.

La familia D de las aldosas
 En la proxima diapositva se pueden ver la
familia D de las aldosas. Todos estos
azúcares son naturales, excepto la treosa,
lixoxa, alosa y gulosa.
 El árbol familiar de las D aldosas se puede
generar a partir del D-(+)-gliceraldehído y
añadiendo otro carbono en la parte superior
para generar dos aldotetrosas: eritrosa y
treosa.

Diastereómeros eritro y
treo.
 A un diastereómero se le denomina eritro si
en la proyección de Fischer dos grupos
similares están situados al mismo lado de la
molécula y se le denomina treo si están
situados en lados opuestos.

Diastereómeros eritro y
treo.

Epímeros.
Los azúcares que sólo difieren en la estereoquímica de un
carbono se denominan epímeros y el átomo de carbono cuya
configuración es opuesta generalmente se especifica.
Si no se especifica el número de carbonos, se asume que es un C2.

ESTRUCTURA CICLICA Y CONFORMACION
ANOMERICA
anomérico

Conformaciones de la glucosa.
La glucosa se presenta, casi completamente, en la forma
hemiacetálica cíclica.
La proyección de Haworth se utiliza mucho para representar
los hemiacetales, aunque puede dar la impresión de que el
anillo es plano. La conformación de silla es más real

Anómeros de la glucosa
En el anómero α, el grupo hidroxilo del carbono anomérico
(hemiacetal) está hacia abajo (axial) y en el anómero β hacia
arriba (ecuatorial). El anómero β de la glucosa tiene todos sus
sustituyentes en posiciones ecuatoriales.
El carbono hemiacetal se denomina carbono anomérico, que
se identifica con facilidad como el único átomo de carbono
unido a dos oxígenos.

Cabe anotar que los diferentes isómeros de un azúcar pueden
presentar características físicas y químicas distintas
α-D-glucosa β-D-Glucosa
Rotacion especifica + 112.2 ° 18.7
Punto fusion (°C) 146 150
Solubilidad en agua (%) 82.5 178
V rxn glucosa oxidasa 100 < 1.0
Un azúcar puede generar la
forma cíclica de piranosa o
furanosa

Fructosa.
La fructosa forma un hemiacetal cíclico de cinco miembros. Los anillos de
cinco miembros generalmente se representan mediante estructuras planas
de Haworth.
Los anillos de cinco miembros no están tan alejados de la coplanaridad
como los anillos de seis miembros, por lo que generalmente se presentan
como las proyecciones planas de Haworth

Anómeros de la fructosa.
El anómero α de la fructosa tiene el grupo anomérico -OH
hacia abajo, en posición trans respecto al grupo -CH2OH
terminal. El anómero β tiene el grupo anomérico hidroxilo
hacia arriba, en posición cis respecto al grupo terminal -
CH2OH.

Mutarrotación.
Una solución acuosa de D-glucosa contiene una mezcla en
equilibrio de α-D-glucopiranosa, β-D-glucopiranosa, y un
intermedio de cadena abierta. La cristalización por debajo de
98°C da el anómero alfa y la cristalización por encima de 98°C
da el anómero beta.

Pentosas
 Monosacáridos de 5 C
 Incluyen L-arabinosa, D-xilosa, D-ribosa.
 Desde punto vista nutricional, pentosa más
importante es D-ribosa y derivados D-
desoxiribosa y ribitol.
 D-ribosa y la D-desoxiribosa son componentes
esenciales de ARN y ADN, respectivamente.
 Ribitol es componente esencial de riboflavina.

Hexosas
 Glucosa: Existe en su forma libre en tejidos de
vegetales, y en sangre. En la mayoría de los
ingredientes alimenticios naturales, la glucosa existe
en forma combinada, tanto con un monosacárido como
un componente exclusivo de los disacáridos (p. ej.
maltosa) y de polisacáridos (p. ej. almidón, glicógeno,
celulosa) ó bien combinada con otros monosacáridos
en forma de lactosa (azúcar de la leche), sucrosa y
heteropolisacáridos.
 Fructuosa: A semejanza de la glucosa, la fructuosa
existe en su forma libre en los jugos de vegetales,
frutas y en la miel. Es un componente del disacárido
sucrosa y es el azúcar más dulce que existe en la
naturaleza (p. ej. es responsable del sabor
excepcionalmente dulce de la miel).
 Galactosa: Aunque no existe en forma libre en la
naturaleza, se presenta como un componente del
disacárido lactosa y de muchos polisacáridos,
incluyendo los galactolípidos, gomas y mucílagos.

OLIGOSACARIDOS
• Formación de disacáridos por reacción entre monosacaridos
Enlace glicosidico
Homodisacarido

• La estructura de los disacáridos puede ser especificada de una
manera corta usando la siguiente notación:
α o β para denotar configuración y un numero que indica la
naturaleza del enlace, así la celobiosa es Glcβ1-4Glc.

Disacaridos
 Están formados por dos azúcares hexosas,
de cuya unión se elimina como residuo el
agua:
C6H12O6 + C6H12O6 = C12H22O12 + H2O
 Disacáridos de mayor importancia que
existen en la naturaleza son la maltosa,
sucrosa y lactosa.
 Maltosa: Está constituida por dos moléculas
de glucosa unidas mediante un enlace α-1,4-
glucosídico. La maltosa es un azúcar
reductor, soluble al agua.

Maltosa
 No se encuentra en naturaleza, pero es
producto obtenido de degradación almidón.
 Por ejemplo, durante el proceso de
germinación de la cebada, se obtiene
maltosa a partir del almidón, gracias a la
acción enzimática de la amilasa; una vez
germinada y secada la cebada (que ahora se
le denomina “malta”) se le emplea para la
elaboración de cerveza y Whisky de malta.

Sucrosa
 Constituída por una molécula de glucosa y una de fructosa unidas
a través de un enlace α-1-β-2-glucosídico.
 Dado que los dos grupos reductores funcionales están
involucrados en el enlace glucosídico, la sucrosa no posee
propiedades reductoras.
 Ampliamente distribuida en la naturaleza, se encuentra en la
mayoría de las plantas; entre las fuentes ricas en sucrosa se
incluyen al azúcar de caña (20% de sucrosa), azúcar de remolacha
(15–20%) y zanahorias.
 Es azúcar utilizada a nivel doméstico para endulzar alimentos en
casa. Cuando la sucrosa es 200°C forma caramelo
 Melazas son líquidos viscosos (20–30% de humedad), de color
obscuro, de los que no se puede extraer más sucrosa mediante
procesos de cristalización, debido a la presencia de cantidades
apreciables de azúcares reductores (p. ej. glucosa) e impurezas.

Lactosa
 Compuesta de glucosa y galactosa, unidas por un
enlace β-1, 4-glucosídico. A semejanza de la maltosa
tiene propiedades reductoras.
 Principal azúcar en la leche y exclusivo de
mamíferos.
 40% total sólidos leche;
 Fácilmente sufre fermentación bacteriana, por
ejemplo agriamiento de la leche por Streptococcus
lactis, causado por la fermentación de lactosa a
ácido láctico.
 A semejanza de la sucrosa, si la lactosa es calentada
a una temperatura de 175° C forma lactocaramelo.

Homopolisacáridos
 Carbohidratos muy diferentes de azúcares.
 Alto peso molecular y compuestos de gran
número de hexosas o en menor grado de
residuos de pentosas.
 Muchos de ellos se les encuentra en
vegetales y animales como
 Material de reserva (almidón o glicógeno)
 Elementos estructurales (celulosa o quitina).

POLISACARIDOS
• Tambien se conocen con el nombre de glicanos
•Homopolisacaridos: constituidos de una sola clase de
monosacarido, altodextrina (Gluα1-4) son llamados glucano,
galacturonanos, mananos etc
Otra manera de describirlos: celulosa: (1-4) β- glucopirananos
• Heteropolisacaridos: constituidos de mas de una clase de
monosacardos, ejemplo pectina
• Pueden diferir en el tipo de enlace glicosidico (mas comunes 1-4
y 1-6)

Celulosa: uniones β en lugar de α como en almidón

Almidón
 Dos tipos: amilosa y amilopectina.
 Forma química de almacenaje azúcar en vegetales
 Se encuentra en tallos, frutos, semillas y hojas
 Representa mayor reserva alimenticia de
carbohidratos para vegetales
 Constituye mayor componente de carbohidratos en
los alimentos de animales.
 Almidón puede representar hasta 70% de las
semillas y hasta 30% de los frutos, tubérculos o
raíces

Glicógeno
 Compuesto por cadenas ramificadas de
unidades alfa-Dglucosa, ligadas entre sí
por enlaces alfa-1, 4 y alfa-1, 6; siendo
los últimos los más abundantes en el
glicógeno (como amilopectina)
 Forma que carbohidratos almacenados
en cuerpo de animales; en particular en
músculo e hígado

Fibra
 A veces calificadas como compuestos
celulósicos, no tienen una definición precisa.
 Polisacáridos complejos no hidrolizables por
enzimas de vertebrados superiores.
 No son digeribles.
 Juegan papel de relleno y dan volumen a
bolo alimenticio.
 Función estimulante sobre tracto digestivo.

Celulosa
 Formada por cadenas muy largas de
unidades de D-glucosa, enlazadas entre sí
por uniones β - 1, 4,
 Polisacárido muy estable y además es el
carbohidrato más abundante en la
naturaleza, siendo la estructura fundamental
de la pared celular vegetal.
 La celulosa tiene una gran resistencia a la
tensión y al ataque químico

Quitina
 Constituida de unidades repetidas de N-
acetil-C-glucosamina, unidas por
enlaces β-1, 4 y consecuentemente su
estructura es similar a la celulosa.
 Es principal componente estructural de
la cutícula de los insectos y del
esqueleto de crustáceos.

Heteropolisacáridos
 En contraste con los
homopolisacáridos, los heterosacáridos
consisten en mezclas de diferentes
unidades de monosacáridos y tienen un
alto peso molecular

Hemicelulosa
 Compuesta principalmente por unidades de
xilosa, unidas mediante enlaces β-1,4, pero
también puede contener hexosas y azúcares
ácidos (p. ej. ácido urónico).
 Normalmente acompañan a la celulosa en
hojas, partes leñosas y semillas de vegetales
superiores.
 Insolubles al agua y a semejanza de la
celulosa no son fácilmente digeridas por
otros animales que los rumiantes

Gomas
 Se les encuentra en la heridas de los
vegetales y son compuestos muy
complejos, al ser hidrolizados producen
una gran variedad de monosacáridos y
azúcares ácidos. Un ejemplo es la
goma arábiga (goma de acacia).

Mucilagos
 Son carbohidratos complejos presentes
en ciertas plantas y semillas. Muchas
algas, especialmente las marinas
producen mucílagos, mismos que son
solubles al agua caliente y forman un
gel al enfriarse.

Agar
 Un polímero de la galactosa con el
ácido sulfúrico, es un mucílago o gel
ampliamente utilizado, que se obtiene
del alga marina roja (familia Gelidium).
Otros ejemplos incluyen al ácido
algínico, derivado de las algas cafés
(familia Laminaria).

Substancias Pecticas
 Carbohidratos complejos que contienen ácido
Dgalacto-urónico como principal
constituyente.
 Naturalmente se encuentran en la pared
celular primaria y en las capas intercelulares
de vegetales terrestres
 Particularmente abundantes en frutas de
cítricos, azúcar de remolacha, manzanas y
en algunas raíces de vegetales

Mucopolisacáridos
 Son carbohidratos complejos que contienen azúcares
amino y ácido urónico y constituyen las secresiones
mucosas de los animales
 De naturaleza ácida y pueden ser ricos en grupos
éster-sulfato
 Sulfato de condroitina (presente en el cartílago, hueso,
válvulas cardiacas, tendones y en la cornea del ojo)
 heparina (anticoagulante presente en vasos sanguíneos,
hígado, pulmones y bazo)
 Acido hialurónico (lubricante viscoso presente en piel, humor
vítreo del ojo, líquido sinovial de articulaciones y el cordón
umbilical en mamíferos)

Otros carbohidratos y derivados
Amino azúcares:
Son el resultado de la sustitucion de un OH por un grupo amino
NH2, generalmente en la posición 2 del C.H. Ejemplo glucosamina
(presente en caparason de crustaceos quitina).
Deoxi azúcar
Se producen cuando los azucares pierden un átomo de oxigeno
de un OH. Ejemplo 2-Desoxi-D-ribosa (DNA)

Epimerización de la glucosa catalizada por una
base
En condiciones básicas, se pierde la estereoquímica del átomo
de carbono que está al lado del grupo carbonilo.
El intermedio enolato no es quiral, por lo que la reprotonación
puede producir cualquier estereómero. Dado que se produce
una mezcla de epímeros, este cambio estereoquímico se

Reordenamiento enodiol catalizados por una base.
En condiciones básicas, el grupo carbonilo se puede isomerizar a otros
átomos de carbono. Las aldosas están en equilibrio con las cetosas vía
intermedios enodiol.
En condiciones fuertemente básicas, la combinación de reordenamientos
enodiol y de epimerización da lugar a una mezcla compleja de azúcares

Oxidación de las aldosas con agua
bromada.
El agua bromada oxida el grupo aldehído de una aldosa a ácido
carboxílico. El agua bromada se utiliza para esta oxidación porque no
oxida a los grupos alcohol del azúcar y tampoco a las cetosas
La reacción se puede utilizar como un método cualitativo para identificar
las aldosas.

Oxidación del ácido nítrico
El ácido nítrico es un agente oxidante más fuerte que el agua bromada,
oxidando tanto al grupo aldehído como al grupo terminal -CH2OH de una
aldosa a ácidos carboxílicos.
El tratamiento de la aldosa con ácido nítrico produce ácido aldárico. La
glucosa oxida a ácido glucárico.

El ensayo de Tollens.
En su forma de silla abierta, la aldosa tiene un grupo aldehído,
que reacciona con el reactivo de Tollens para dar lugar a un
ácido aldónico y la formación de un espejo de plata. A los
azúcares que reducen al reactivo de Tollens se les denomina
azúcares reductores.
El ensayo de Tollens se utiliza como test cualitativo para la identificación
de aldehídos.

Azúcares no reductores
Los azúcares que
se encuentran en
la forma de
acetales son
estables frente al
reactivo de Tollens
y son azúcares no
reductores. A
estos azúcares en
forma acetálica se
les denomina
glicósidos.

Aglicones.
El grupo enlazado al carbono anomérico de un glicósido se
denomina aglicón.

Formación de éteres.
Cuando se trata una aldosa o una cetosa con yoduro de metilo y
óxido de plata se obtiene el azúcar, con todos sus hidroxilos (-
OH) totalmente metilados.
Si las condiciones se controlan cuidadosamente, la
estereoquímica del carbono anomérico se suele conservar

Formación de ésteres.
El anhídrido acético y la piridina transforman todos los grupos
hidroxilo de un azúcar en acetatos. Generalmente se conserva
la estereoquímica del carbono anomérico
Los ésteres de los azúcares se cristalizan y purifican con
facilidad, y se disuelven en disolventes orgánicos.

Formación de osazonas.
Dos moléculas de
fenilhidrazina
condensan con cada
molécula del azúcar
para dar lugar a una
osazona, en la que
C1 y C2 se han
transformado en
fenilhidrazonas.
La mayoría de las
osazonas cristalizan
con facilidad, con unos
puntos de fusión
característicos. Los
puntos de fusión de las
osazonas son datos
importantes para la
identificación

Degradación de Ruff.
La degradación de Ruff es un
proceso que consta de dos
partes, comenzando por la
oxidación, utilizando agua de
bromo, de la aldosa a ácido
aldónico. Cuando se hace
reaccionar el ácido aldónico
con peróxido de hidrógeno y
sulfato de hierro (III), el
grupo carboxilo se oxida a
CO2 y se obtiene una aldosa
con un carbono menos.
La degradación de
Ruff se utiliza
principalmente para
la determinación
estructural y la
síntesis de nuevos
azúcares

Síntesis de Kiliani-Fischer
En la síntesis de Kiliani-Fischer la cadena carbonada de una
aldosa se alarga, añadiéndose un átomo de carbono al extremo
(aldehído) de la aldosa.
Esta síntesis es útil para determinar la estructura delos
azúcares iniciales y para sintetizar azúcares nuevos.

Etapa 1. Formación de la cianhidrína.
Etapa 2. Reducción del nitrilo a aldehído.

La reducción del nitrilo a aldehído, supone una
hidrogenación empleando catalizador tipo lindlar, que
forma una imina. La hidrólisis ácida de la imina produce el
aldehído.

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