Biologia: Glúcids PDF

Tema 1: GLÚCIDS  QUÉ HEU DE SABER? Els glúcids Què són els glúcids Reconeixement de l’estructura dels monosacàrids (glucosa, fructosa, galactosa, ribosa, desoxiribosa,...). Formació i estructura de l’enllaç glucosídic. Disacàrids (sacarosa, lactosa, cel·lobiosa i...

Tema 1: GLÚCIDS  QUÉ HEU DE SABER? Els glúcids Què són els glúcids Reconeixement de l’estructura dels monosacàrids (glucosa, fructosa, galactosa, ribosa, desoxiribosa,...). Formació i estructura de l’enllaç glucosídic. Disacàrids (sacarosa, lactosa, cel·lobiosa i maltosa), polisacàrids monopolisacàrids (midó, glicogen, quitina i cel·lulosa), heteropolisacàrids, glúcids units a altres molècules. Interpretació de la relació entre l’estructura i la funció dels principals glúcids. Pàg. 40, introducció  1. CARACTERÍSTIQUES GENERALS dels GLÚCIDS 1.1. Concepte de glúcid També anomenats glícids, sucres, hidrats de carboni o carbohidrats. El nom prové del grec glykys que vol dir dolç (no totes). TOTES SÓN DOLCES? 1.1. Concepte de glúcid També anomenats glícids, sucres, hidrats de carboni o carbohidrats. El nom prové del grec glykys que vol dir dolç (no totes). Biomolècules formades per CnH2nOn= (CH2O)n En tots els glúcids sempre hi ha un grup CARBONIL (C unit a O mitjançant un enllaç doble): CARBONIL POT SER: - aldehid (–CHO)  polihidroxialdehids - cetona (–CO–)  polihidroxiacetones Pàg 42 Formes de representar les biomolècules 1.1. Concepte de glúcid Els glúcids es poden classificar segons la estructura química com … -Polihidroxialdehids o ALDOSES: tenen el grup aldehid al C1, i a la resta de C alcohols i hidrògens. -Polihidroxicetones o CETONES: tenen el grup cetona al C2, i a la resta de C alcohols i hidrògens. C1 ALDOSA C2 CETONA (–CHO) (–CO–) No poden ser els 2 tipus simultanis 1.1. Concepte de glúcid Els glúcids es poden classificar segons la estructura química com … -Polihidroxialdehids o ALDOSES: tenen el grup aldehid al C1, i a la resta de C alcohols i hidrògens. -Polihidroxicetones o CETONES: tenen el grup cetona al C2, i a la resta de C alcohols i hidrògens. Grups alcohols (hidroxils) C1 ALDOSA C2 CETONA Solubilitat en aigua? (–CHO) (–CO–) No poden ser els 2 tipus simultanis 1.1. Concepte de glúcid Els glúcids es poden classificar segons la estructura química com … -Polihidroxialdehids o ALDOSES: tenen el grup aldehid al C1, i a la resta de C alcohols i hidrògens. -Polihidroxicetones o CETONES: tenen el grup cetona al C2, i a la resta de C alcohols i hidrògens. Els C s’anomenen començant per l’extrem més proper al grup carbonil C1 ALDOSA C2 CETONA (–CHO) (–CO–) 1.1. Concepte de glúcid Els glúcids es poden classificar segons la estructura química com … -Polihidroxialdehids o ALDOSES: tenen el grup aldehid al C1, i a la resta de C alcohols i hidrògens. -Polihidroxicetones o CETONES: tenen el grup cetona al C2, i a la resta de C alcohols i hidrògens. 1.2. Classificació dels glúcids Es classifiquen segons el nombre de cadenes de polihidroxialdehídiques o polihidroxicetòniques que contenen, i poden ser:  Monosacàrids. Una cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica.  Oligosacàrids: Els principals són els disacàrids. Unió de 2 a 10 monosacàrids  Polisacàrids. Moltes cadenes, +de 10 (generalment centenars) Els oligosacàrids i polisacàrids es poden hidrolitzar mitjançant enzims hidrolases, es a dir es poden dividir en els monosacàrids que els formen. 1.2. Classificació dels glúcids  Monosacàrids. Una cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica.  Oligosacàrids: Els principals són els disacàrids. Unió de 2 a 10 monosacàrids  Polisacàrids. Moltes cadenes, +de 10 (generalment centenars) 1.2. Classificació dels glúcids Els oligosacàrids i polisacàrids es poden descompondre hidrolitzar mitjançant enzims hidrolases (enzims digestius), es a dir es poden dividir en els monosacàrids que els formen. Durant el procés digestiu (a l’intestí prim), els disacàrids (com la sacarosa, la lactosa i la maltosa) s'han de trencar en monosacàrids (glucosa, fructosa, galactosa, etc.) per ser absorbits i utilitzats pel cos. Aquest és fonamental per la digestió dels carbohidrats. Intolerància a la lactosa 1.2. Classificació dels glúcids També hi ha glúcids units a altres molècules no glúciques (heteròsids): — Glicolípids — Glicoproteïnes Activitats 1 i 2 pàg. 42 1.2. MONOSACÀRIDS Monosacàrids Són glúcids formats per una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetònica, que conté de 3 a 7 àtoms de carboni, amb els corresponents grups aldehid o cetona. S’anomenen afegint la terminació –OSA Es classifiquen segons aquest nombre de C en: Triosa (3 àtoms de carboni) Tetrosa (4) Pentosa (5) Hexosa (6) Heptosa Són comuns: p.e. Ribosa (5) i glucosa (6) Monosacàrids Substàncies de 3 a 7 C amb un grup aldehid o cetona i diversos grups hidroxil (OH). Segons el nº de C tenim trioses, tetroses,... Propietats dels monosacàrids Físiques: ? Propietats dels monosacàrids Físiques: dolços, blancs, hidrosolubles per la presència de grups hidroxil (–OH) i d’H (tots dos poden fer ponts d’H amb l’aigua), s ò l i d s cristal·lins. Propietats dels monosacàrids Físiques: dolços, blancs, hidrosolubles per la presència de grups hidroxil (–OH) i d’H (tots dos poden fer ponts d’H amb l’aigua), s ò l i d s cristal·lins. Químiques: S’oxiden (perden electrons) amb facilitat, davant d’altres substàncies que, en acceptar-los es redueixen. Aquesta propietat es deu a la presència del grup carbonil. Aquesta reacció allibera energia. Aquesta propietat els fa fàcilment identificables amb el reactiu de Fehling o de Benedict (dissolució de CuSO4 que reacciona amb els aldehids dels monosacàrids) Facilitat d’unir-se a grups amino (–NH2) (aminar-se), grups fosfat (–H2PO4), grups sulfat (–HSO4) o amb altres monosacàrids. Veure reacció de Fehling pàg. 43 Propietats dels monosacàrids Físiques: dolços, blancs, hidrosolubles per la presència de grups hidroxil (–OH) i els H (tots dos poden fer ponts d’H amb l’aigua), s ò l i d s cristal·lins. Químiques: S’oxiden (perden electrons) amb facilitat, descomposant- se i alliberant energia. L’altre substància es redueix (en acceptar els electrons). Reacció redox Fàcilment identificables amb el reactiu de Fehling, de Benedict o de Barfoed (dissolució de CuSO4 que reacciona amb els O dels monosacàrids) Facilitat d’unir-se a grups amino (–NH2) (aminar-se), grups fosfat (–H2PO4), grups sulfat (–HSO4) o amb altres monosacàrids. Veure reacció de Fehling des de propietats químiques, pàgina 43  Color blau Color vermell El grup aldehid redueix al coure Reacció d’un carbonil aldehid + Coure(2+) en medi bàsic ------- oxidació a àcid carboxílic + Cu (+) PRECIPITAT VERMELL Sulfat de coure, NaOH, aigua Monosacàrids: Trioses Glúcids formats per tres carbonis. C3H6O3 Existeixen dues trioses. Totes dues són C3H6O3 : - gliceraldehid - dihidroxicetona Totes dues són metabòlits intermedis de la glucosa. Així doncs, són abundants a les cèl·lules  El gliceraldehid té el C2 asimètric (= té les quatre valències amb radicals diferents), per la qual cosa té dos isòmers espacials o estereoisòmers: El gliceraldehid té el C2 asimètric (= té les quatre valències amb radicals diferents), per la qual cosa té dos isòmers espacials o estereoisòmers: D-gliceraldehid: L-gliceraldehid: OH cap a la dreta OH cap a l’esquerra pot existir en dues configuracions espacials diferents Els dos, entre sí són una imatge especular, com si fossin projeccions en un mirall, com les dues mans; són estructures enantiomorfes. L-gliceraldehid és enantiòmer de D-gliceraldehid Pàg44. El gliceraldehid té el C2 asimètric (= té les quatre valències amb radicals diferents), per la qual cosa té dos isòmers espacials o estereoisòmers: D-gliceraldehid: L-gliceraldehid: OH cap a la dreta OH cap a l’esquerra pot existir en dues configuracions espacials diferents Imatges especulars (invertides) una de l’altre, no es poden superposar Això fa que tinguin comportaments diferents en els sistemes biològics i en la seva interacció amb altres molècules. Activitat òptica en relació a la llum polaritzada D-gliceraldehid: L-gliceraldehid: OH cap a la dreta OH cap a l’esquerra pot existir en dues configuracions espacials diferents Imatges especulars (invertides) una de l’altre, no es poden superposar Monosacàrids: tetroses Glúcids formats per quatre carbonis. C4H8O4 Existeixen dues aldotetroses (eritrosa i treosa) i una cetotetroses (eritrulosa). De cadascuna d’elles hi ha les corresponents formes D i L segons estigui a la dreta o esquerra el –OH de carboni asimètric (C3) més allunyat del grup carbonil (–CHO o –CO). D-eritrosa D-treosa D-eritrulosa A la natura, pràcticament tots els monosacàrids són formes D Monosacàrids: tetroses Glúcids formats per quatre carbonis. C4H8O4 Existeixen dues aldotetroses (eritrosa i treosa) i una cetotetroses (eritrulosa). De cadascuna d’elles hi ha les corresponents formes D i L segons estigui a la dreta o esquerra el –OH de carboni asimètric (C3) més allunyat del grup carbonil (–CHO o –CO). Monosacàrids: Pentoses Glúcids formats per cinc carbonis. C5H10O5 Existeixen varies, les més importants són les aldopentoses ribosa (RNA) i desoxiribosa (DNA), i la cetopentosa ribulosa (fotosíntesi) D-ribosa D-2-desoxiribosa cetopentosa D-ribulosa Monosacàrids: Pentoses F orma estable de les pentoses en solució aquosa: forma cíclica, en tancar-se la cadena entre el carboni carbonílic i el carboni asimètric més allunyat a aquest. Les noves estructures, com s’assemblen a la molècula ‘furan’, s’anomenen ribofuranosa i desoxiribofuranosa. Piranoses i furanoses D-Glucosa i la D-Fructosa Monosacàrids: Pentoses F orma estable de les pentoses puede ser cíclica, en tancar-se la cadena entre el carboni carbonílic (també dit anomèric) i el carboni asimètric més allunyat a aquest. Hidroxil hemiacetàlic Hidroxil hemiacetàlic Enllaç hemiacetàlic Monosacàrids: hexoses Glúcids formats per sis carbonis. C6H12O6 D-glucosa D-fructosa D-galactosa Hi ha moltes, l’aldohexosa més abundant és la glucosa, i la cetohexosa més freqüent és la fructosa.  GLUCOSA: És el glúcid més important, font principal d’energia de les cèl·lules (exclusiva en neurones i glòbuls vermells). Es troba lliure en el citoplasma cel·lular i en el medi intern (sang 1g/l). Present en molts fruits com el raïm. S’uneix formant polímers, com midó, glicogen o cel·lulosa. Habitualment, es presenta de forma cíclica, unint-se els carbonis C1 i C5; és la glucopiranosa, ja que s’assembla a la molècula piran. Ciclació d’una aldohexosa GLUCOSA: En ciclar-se la glucosa, el C1 passa a ser asimètric, i el seu hidroxil (–OH) (hidroxil hemiacetàlic) pot situar-se oposat al C6(– CH2OH) o bé en el mateix pla. C carbonílic C carbonílic FRUCTOSA: Es troba en forma cíclica en unir-se C2 i C5 formant un pentàgon, D-fructofuranosa. Present a la fruita, associada a la glucosa formant el disacàrid sacarosa. Al fetge es transforma en glucosa. Ciclació d’una cetohexosa Fer activitats: pàgina 47; nº 8, 9,11. pàgina 67; nº 44. 3.3. DISACÀRIDS  Concepte de disacàrid Són compostos sòlids, cristal·lins, blancs, dolços i solubles en aigua. Són la unió de dos monosacàrids mitjançant l’enllaç O- glicosídic: entre el carboni carbonílic del primer monosacàrid s’uneix a qualsevol radical OH del segon, quedant enllaçats per un oxigen i desprenent-se una molècula d’aigua. Pàg48. Enllaç O-glicosídic, monocarbonílic, dicarbonílic + alpha i beta Principals disacàrids Pàg49, resum Principals disacàrids Pàg, 49 Activitat 13, 15 No reacciona a Fehling Principals disacàrids Maltosa: unió de dues D-glucopiranoses unides per l’enllaç α(1→4). Es troba en molts cereals i gra. S’obté a partir de la hidròlisi del midó o del glicogen (polisacàrids). Lactosa: unió de D-galactopiranosa i D-glucopiranosa unides per l’enllaç β(1→4). És el sucre de la llet i s’extreu d’ella. L’afegeixen a molts productes processats (textura, conservant,...). A l’intestí s’hidrolitza en els dos monosacàrids que la formen per l’enzim lactasa, que alguns nens i adults poden perdre, temporalment o permanent, la capacitat de fabricar-lo. Sacarosa: unió de D-glucopiranosa amb D-fructofuranosa, unides per l’enllaç α(1→2). És el sucre, procedent de la canya de sucre o la remolatxa. És dextrogira i negatiu al reactiu de Fehling (és un disacàrid no reductor) Sacarosa: unió de D-glucopiranosa amb D-fructofuranosa, unides per l’enllaç α(1→2). És el sucre, procedent de la canya de sucre o la remolatxa. És dextrogira i negatiu al reactiu de Fehling (és un disacàrid no reductor) Els seus grups aldehids i cetona estan bloquejats en l’enllaç entre glucosa i fructosa  no és reductor  RECORDATORI Propietats dels monosacàrids Físiques: dolços, blancs, hidrosolubles per la presència de grups hidroxil (–OH) i d’H (tots dos poden fer ponts d’H amb l’aigua), s ò l i d s cristal·lins. Químiques: S’oxiden (perden electrons) amb facilitat, davant d’altres substàncies que, en acceptar-los es redueixen. Aquesta propietat es deu a la presència del grup carbonil. Aquesta reacció allibera energia. Aquesta propietat els fa fàcilment identificables amb el reactiu de Fehling o de Benedict (dissolució de CuSO4 que reacciona amb els aldehids dels monosacàrids) Facilitat d’unir-se a grups amino (–NH2) (aminar-se), grups fosfat (–H2PO4), grups sulfat (–HSO4) o amb altres monosacàrids. Veure reacció de Fehling pàg. 43 Cel·lobiosa: unió de dues D-glucopiranoses unides per l’enllaç β(1→4). No es troba lliure a la natura. S’obté a partir de la hidròlisi de la cel·lulosa Els enllaços β-glicosídics, per contra, són més difícils de trencar. La cel·lulosa (polisacàrid), per exemple, és insoluble i indigerible per la majoria dels organismes (excepte aquells que tenen enzims especialitzats, com els remugants o certs bacteris). Pàg. 67, activitat 46, 47,48 Activitat, 64, 65, 67 Cada parella fa 1, després us agrupeu amb l’altre parella i reviseu si heu arribat a la mateixa conclusió. Finalment el grup de 4 ho explica a la resta. Laboratori, Proves detecció de glúcids 3.4. POLISACÀRIDS POLISACÀRIDS Són llargues cadenes de monosacàrids units per l’enllaç O-glicosídic, que en fer-ho perden (n-1) molècules d’aigua. Macromolècules de pes molecular molt elevat, són sòlids, amorfs, alguns insolubles, altres formen dispersions col·loidals, no són dolços ni reaccionen amb reactius de Fehling Tipus: Homopolisacàrids: Polímer d’un sols tipus de monosacàrid. Heteropolisacàrids: Polímer de més d’un tipus de monosacàrid  Homopolisacàrids Heteropolisacàrids Units per Units per Presenten enllaç α enllaç α enllaç β Funció: reserva Funció: Diferents funcions d’energia estructural Midó Cel·lulosa Pectina Agar Glicogen Quitina Goma aràbiga  Homopolisacàrids Els homopolisacàrids units per enllaç α -glicosídic tenen funció de reserva energètica, ja que tenen estructures moleculars més fàcilment modificables, donat que els organismes sí tenim enzims per poder trencar aquest enllaç. Els homopolisacàrids units per l’enllaç β- glicosídic tenen funció estructural, ja que tenen estructures moleculars molt estables i perdurables, difícils de trencar, donat que els organismes habitualment no tenen enzims per trencar aquest enllaç.  Tipus d’estructures Lineals o ramificades: - Lineals: En aquest tipus d'estructures, els monosacàrids estan units en una cadena sense ramificacions. - Ramificades: En aquestes estructures, les cadenes principals de monosacàrids tenen ramificacions, que formen estructures més complexes. Homopolisacàrids MIDÓ: molècula formada per dos polímers: Amilosa, el 30%, és una estructura lineal i helicoïdal de glucoses unides l’enllaç α(1→4) O-glicosídic. Amb iode es tenyeix de blau fosc (com el lugol). Amilopectina, el 70%, és una estructura ramificada formada per llargues cadenes de glucoses unides linealment per l’enllaç α(1→4) glicosídic, i ramificades α(1→6) cada 25 – 30 glucoses. Amb iode es tenyeix de violeta. És la reserva d’energia intracel·lular de les plantes. S’acumula formant grànuls a l’interior dels plasts. Present a les llavors dels cereals, tubercles o llegums. És insoluble en aigua freda, però en aigua calenta sí ho fa parcialment. Fer activitats: pg 51; nº 16 MIDÓ: GLICOGEN: llargues cadenes de glucosa unides per l’enllaç α(1→4) glicosídic, ramificades α(1→6) cada 6 – 10 glucoses, és una molècula més compacta. És la reserva d’energia intracel·lular dels animals, present especialment a músculs i fetge. Amb iode es tenyeix de color vermell fosc.  CEL·LULOSA Llargues cadenes no ramificades de glucosa unides per enllaç β(1→4) O-glicosídic. Forma la paret cel·lular de les cèl·lules vegetals. És l’esquelet de les plantes, la fibra vegetal present al cotó, lli, espart, cànem... La fusta dels arbres té el 50% de cel·lulosa. L’aparell digestiu dels animals no té enzims capaços de trencar l’enllaç β(1→4) O-glicosídic i per tant no podem utilitzar-la com a font d’energia. Els insectes xilòfags (p.ex. Tèrmites) i els herbívors remugants tenen microrganismes simbionts en el tracte digestiu que els fan aquesta funció. CEL·LULOSA Les llargues fibres de cel·lulosa formades per centenars de milions de cadenes, es mantenen juntes per enllaços d’hidrogen entre les molècules de diferents cadenes, formant així paquets forts i fibrosos, que la fan apropiada per a la seva funció estructural a les plantes. QUITINA llargues cadenes NO ramificades de N-acetil- glucosamina unides per enllaç β(1→4) N- glicosídic (pàg 48 del llibre), formant cadenes paral·leles en capes. És l’esquelet extern dels artròpodes i la paret cel·lular dels fongs. Activitats 18, 19 i 20. Pàg. 52 + resum  Heteropolisacàrids Els heteropolisacàrids estan formats per dos o més tipus de monosacàrids: Pectina: A la paret cel·lular de vegetals, és un bon gelificant (melmelades). Agar: A les algues vermelles (rodofícies), s’utilitza per preparar medis de cultiu bacterià i en la producció industrial d’aliments. Goma aràbiga: Secretada per les plantes per tancar ferides, l’utilitzem com a goma d’enganxar. Fer activitats: pàgina 53; nº 22 al 25  3.5. GLÚCIDS UNITS A ALTRES MOLÈCULES GLÚCIDS UNITS A ALTRES MOLÈCULES 1. Heteròsids 2. Peptidoglicans 3. Glicolípids 4. Proteoglicans 5. Glicoproteïnes  Heteròsids Unió d’un monosacàrid o petit oligosacàrid amb una molècula o grup de molècules no glucídiques de baix pes molecular. Exemples: Antocianòsids: Donen color a les flors Tannòsids: En els arbres, tenen propietats astringents Estreptomicina: Antibiòtic  Peptidoglicans Constituents de la paret bacteriana. Són cadenes alternades de N-acetilglucosamina i (NAG) àcid N-acetilmuràmic (NAM) unides entre sí per aminoàcids. Glicolípids Monosacàrids o oligosacàrids units amb lípids. Presents a la membrana cel·lular actuen com a receptors específics. Els més coneguts són els cerebròsids i els gangliòsids.  Proteoglicans Molècules formades en un 80% per polisacàrids i en un 20% per proteïnes. Àcid hialurònic i sulfats de condroïtina: Formen la matriu extracel·lular dels teixits conjuntiu, cartilaginós i ossi. També abundant al teixit sinovial i a l’humor vitri. Heparina: Es troba a la substància intercel·lular del fetge i el pulmó. Impedeix la coagulació sanguínia.  Glicoproteïnes Molècules formades per glúcids, entre un 5 i 40%, i la resta proteïnes, amb les quals s’uneixen per enllaços covalents. Mucines de secreció, a la saliva Glicoproteïnes de la sang, immunològiques Glicoproteïnes de la membrana cel·lular, molt variables. Tenen la funció de seleccionar les molècules que poden entrar a la cèl·lula i formen els receptors específics de membrana Glicoproteïnes amb funció hormonal; hipòfisi. Pàg. 54, activitat 26 Funcions generals dels Glúcids Energètica: És el combustible fonamental de tots els éssers vius, els nostres mitocondris fan la respiració cel·lular a partir de la combustió de glucosa. Cada gram de glucosa oxidat al mitocondri dóna 4,3 kcal. Els éssers vius guardem energia de ràpida utilització en forma de midó (plantes) o glicogen (animals). Estructural: Forma l’esquelet de totes les plantes, els fongs i dels artròpodes. Funcions generals dels Glúcids Genètica: forma part dels àcids nucleics i per tant contenen la informació genètica. Generen especificitat a la membrana: els glúcids, associats a lípids o a proteïnes, formen els receptors de membrana. Glúcids amb funció específica: Antibiòtics Vitamines Anticoagulants Hormonal Anticossos Activitat 27, pàg. 55