Bioquímica General · UACJ Nivel Intermedio Unidad 5

Carbohidratos

Monosacáridos · Estereoisomería · Formas cíclicas · Derivados · Oligosacáridos · Disacáridos y nomenclatura

Carbohidratos — generalidades y funciones— fórmula, clasificación, roles biológicos
Monosacáridos— triosas, hexosas, estereoisomería, ciclación, anómeros
Derivados de monosacáridos— ésteres fosfato, ácidos aldónicos, alditoles, aminoazúcares, glucósidos
Oligosacáridos— disacáridos, enlace glucosídico, nomenclatura, síntesis

Ref.: M. Chairez. Unidad 5: Glúcidos. Bioquímica General, UACJ, s.f.

🎯
Diapositiva 02 · Objetivos
Al terminar esta clase podrás…
1
Definir los carbohidratos usando su fórmula general (CH₂O)n, clasificarlos en mono-, oligo- y polisacáridos, y describir sus funciones biológicas principales.
2
Distinguir aldosas de cetosas y explicar la estereoisomería de los monosacáridos: enantiómeros D/L, diastereómeros, y la razón de la dominancia del tipo D en biología.
3
Describir la ciclación de monosacáridos: formación de furanosas y piranosas, creación del C anomérico, anómeros α/β, mutarrotación y conformaciones de silla/bote.
4
Clasificar los derivados de monosacáridos: ésteres fosfato, ácidos aldónicos, alditoles, aminoazúcares y glucósidos, con ejemplos biológicos de cada uno.
5
Analizar la estructura de los oligosacáridos: enlace glucosídico, cuatro características diferenciadoras de los disacáridos, extremo reductor/no reductor, y reglas de nomenclatura.
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Diapositiva 03 · Carbohidratos
Carbohidratos — generalidades y funciones biológicas
⚡ Idea central
Los carbohidratos son moléculas de fórmula general (CH₂O)n. Son el eje del principal ciclo energético de la biosfera — la fotosíntesis genera glucosa que los animales ingieren para almacenar y generar energía. Son moléculas extremadamente versátiles, esenciales para todo organismo.
🔬 Clasificación general
ClaseDescripciónEjemplo
MonosacáridosMonómeros simplesGlucosa, fructosa
OligosacáridosPocos monosacáridos unidosMaltosa (disacárido)
PolisacáridosPolímeros largosAmilosa del almidón
¿Por qué "carbohidrato"?
El nombre proviene de que muchos tienen fórmula (CH₂O)n — los químicos los veían como "carbonos hidratados". Es una simplificación: muchos poseen grupos funcionales adicionales, pero todos tienen esa fórmula o derivan de sustancias que la tienen.
🌿 Funciones biológicas principales
⚡
Fuente de energía
Glucosa es el principal combustible celular. Almacenamiento en glucógeno (animales) y almidón (plantas).
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Función estructural
Muchos materiales biológicos son polisacáridos total o parcialmente (celulosa, quitina).
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Reconocimiento molecular
Polisacáridos en superficies celulares o unidos a proteínas facilitan el reconocimiento entre células.
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Diapositiva 04 · Monosacáridos
Monosacáridos — triosas, clasificación y estereoisomería
🔵 Idea central
Los monosacáridos más pequeños son las triosas (n=3). Los que tienen grupos aldehído se llaman aldosas; los con cetona, cetosas. En biología dominan los D-monosacáridos, al igual que los L-aminoácidos son los dominantes en proteínas.
🔬 Triosas y clasificación
MonosacáridoGrupo funcionalClase
GliceraldehídoAldehído (−CHO)Aldosa
DihidroxiacetonaCetona (C=O)Cetosa
Tautómeros / isómeros estructurales
El gliceraldehído y la dihidroxiacetona son tautómeros: misma composición atómica, pueden interconvertirse por un intermediario enediol. Esta interconversión ocurre entre todos los pares aldosa-cetosa, pero es lenta sin catálisis.
📊 Estereoisomería: D vs L
Dominancia de los D-monosacáridos
En las proteínas dominan los L-aminoácidos; en los carbohidratos dominan los D-monosacáridos. No hay razón obvia para esta preferencia, pero una vez establecida en la evolución temprana, persistió porque toda la maquinaria celular evolucionó para trabajar con azúcares tipo D.
Carbones (n)NombreC quirales (aldosa)Estereoisómeros
3Triosa12 (1 par enantiómeros)
4Tetrosa24 (2 pares)
5Pentosa38 (4 pares)
6Hexosa416 (8 pares)
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Diapositiva 05 · Monosacáridos
Hexosas y formas cíclicas — furanosas, piranosas y anómeros
🔶 Hexosas biológicamente importantes
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Glucosa
Principal combustible celular. Hexosa más importante en metabolismo. Forma piranosa preferida en solución.
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Fructosa
Cetohexosa. Prefiere piranosa en solución libre, pero en el disacárido sacarosa adopta la forma furanosa.
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Galactosa y Manosa
Epímeros de la glucosa. Se encuentran ampliamente en la naturaleza con importantes funciones biológicas.
¿Por qué se forman anillos?
Los anillos de 5 y 6 eslabones se forman con facilidad (ángulos de enlace C-O ideales). Anillos menores tienen tensión excesiva. En condiciones fisiológicas, >99% de los monosacáridos con 5+ C se encuentran en forma de anillo.
⭕ Tipos de anillo y anómeros
TipoEslabonesC involucrados
Furanosa5C1–C4 (pentosas)
Piranosa6C1–C5 (hexosas)
Anómeros α y β — mutarrotación
La ciclación crea un nuevo C quiral (C anomérico C1), generando dos estereoisómeros: α y β. Pueden interconvertirse por el intermediario de cadena abierta → mutarrotación. In vivo, catalizadas por mutarrotasas.
Conformaciones de la piranosa
Forma de silla — más estable (enlaces ecuatoriales holgados)
Forma de bote — menos estable (enlaces axiales apiñados)
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Diapositiva 06 · Derivados de monosacáridos
Derivados: ésteres fosfato, oxidación y reducción
⚗️ Idea central
Los monosacáridos tienen múltiples grupos –OH que pueden ser sustituidos o modificados. Esto genera una enorme variedad de azúcares modificados con funciones biológicas específicas en rutas metabólicas, polisacáridos estructurales y señalización.
🔋 Ésteres fosfato
Formación y propiedades
La fosforilación de azúcares (en AMP, ATP, ácidos nucleicos) genera ésteres fosfato. El ATP puede actuar como donador de fosfato ya que tiene mayor energía libre de hidrólisis que los ésteres fosfato de azúcares. Son ácidos (pKa 1-2 y 6-7): en condiciones fisiológicas existen como mezcla de mono- y dianiones.
🧪 Oxidación → Ácidos aldónicos
Reacción de detección de azúcar
La oxidación suave con Cu(II) alcalino produce ácidos aldónicos + precipitado rojo de CuO. Esta fue la prueba clásica de detección de glucosa en orina (diagnóstico de diabetes). También se usó Ag⁺ como oxidante → Ag metálica detectable. Actualmente sustituidas por análisis enzimáticos.
⬇️ Reducción → Alditoles
Compuestos polihidroxilo
La reducción del C=O genera alditoles. Ejemplos biológicamente relevantes:
  • Eritritol — de la eritrosa
  • D-Manitol — de la manosa (osmolito celular)
  • D-Glucitol (Sorbitol) — de la glucosa. ⚠️ Su acumulación en el cristalino ocular en personas diabéticas puede causar cataratas.
Lactonas y ácidos urónicos
La oxidación enzimática produce ácidos urónicos (ej. ácido glucurónico, oxidación en C6). Son componentes de polisacáridos naturales importantes. Los ácidos aldónicos libres (ej. ácido glucónico) están en equilibrio con sus lactonas en solución.
🔗
Diapositiva 07 · Derivados de monosacáridos
Aminoazúcares y O-glucósidos
🧬 Aminoazúcares
Definición
Cuando el grupo –OH de un monosacárido es reemplazado por un grupo amino (–NH₂). Los dos más importantes:
AminoazúcarDeriva deImportancia
GlucosaminaGlucosaComponente de polisacáridos (quitina, hialuronato)
GalactosaminaGalactosaComponente del condroitín sulfato
Contexto biológico
Los aminoazúcares (especialmente con modificaciones adicionales) se encuentran casi siempre como residuos monoméricos en oligosacáridos y polisacáridos complejos. Se utilizan abreviaciones para escribir sus estructuras.
🔗 O-Glucósidos
🔗 Concepto clave
La eliminación de agua entre el OH anomérico de un monosacárido cíclico y el OH de otro compuesto forma un O-glucósido. El enlace éter resultante se llama enlace glucosídico.
Propiedad clave
A diferencia de los anómeros libres, los glucósidos NO se interconvierten por mutarrotación (sin catalizador ácido). Esto los hace útiles para determinar configuraciones de azúcares.
Glucósidos tóxicos
Algunos glucósidos vegetales son muy tóxicos por inhibir enzimas del metabolismo del ATP:
Ouabaína inhibe la bomba Na⁺/K⁺ (aunque también tiene uso terapéutico cardíaco)
Amigdalina produce cianuro de H por hidrólisis
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Diapositiva 08 · Oligosacáridos
Oligosacáridos — disacáridos biológicamente importantes
🔗 Idea central
Los monosacáridos pueden formar enlaces glucosídicos entre sí, generando oligosacáridos y polisacáridos. Los disacáridos son los oligosacáridos más sencillos y biológicamente más importantes.
🍬 Disacáridos importantes
DisacáridoComponentesFunción
SacarosaGlucosa + FructosaReserva energía en plantas; azúcar de mesa
LactosaGlucosa + GalactosaReserva energía en animales (leche)
TrehalosaGlucosa + GlucosaReserva energía en insectos
MaltosaGlucosa + Glucosa (α1-4)Intermediario de degradación de almidón
CelobiosaGlucosa + Glucosa (β1-4)Intermediario de degradación de celulosa
GentiobiosaGlucosa + Glucosa (β1-6)Componente de sustancias más complejas
⚡ Estabilidad y síntesis
Metaestabilidad de los sacáridos
La formación del enlace glucosídico está termodinámicamente desfavorecida. En condiciones fisiológicas, la hidrólisis está favorecida en −15 kJ/mol (Ka ≈ 800 a favor de hidrólisis). Sin embargo, los polímeros son lo suficientemente metaestables para persistir mientras no haya enzimas o ácidos que catalicen su hidrólisis.
⚠️ Síntesis in vivo
La síntesis nunca ocurre por la reacción directa de monosacáridos. Requiere monómeros activados. Además, a diferencia de ácidos nucleicos y proteínas, los polisacáridos no se copian de moldes — se usa una enzima diferente para agregar cada tipo de unidad monomérica.
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Diapositiva 09 · Oligosacáridos
Las 4 características que diferencian un disacárido de otro
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1. Los monómeros específicos
Los dos monosacáridos que lo forman y sus configuraciones espaciales. Pueden ser del mismo tipo o de tipos distintos. La combinación determina la identidad del disacárido.
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2. Los carbonos del enlace
Los carbonos que participan en la unión. Los enlaces más frecuentes son 1-1 1-2 1-4 1-6. En todos interviene el OH anomérico de al menos un azúcar.
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3. El orden de los monómeros
Si los monómeros son distintos, su orden importa. El extremo libre (no enlazado por C anomérico) puede tener un grupo aldehído → extremo reductor. Si ambos C anoméricos participan → azúcar no reductor.
α/β
4. La configuración anomérica
La configuración α o β del OH del C1 en el enlace glucosídico. Una diferencia aparentemente pequeña que afecta profundamente la forma de la molécula, reconocida fácilmente por las enzimas.
Ejemplo clave: Maltosa vs. Celobiosa
Ambas son disacáridos de glucosa + glucosa con enlace 1-4. La diferencia: Maltosa = α-1,4 (de almidón) vs. Celobiosa = β-1,4 (de celulosa). Esta pequeña diferencia de configuración anomérica hace que una sea digerible por humanos y la otra no.
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Diapositiva 10 · Oligosacáridos
Nomenclatura y extremo reductor
📋 Reglas de nomenclatura
Sistema de escritura
  • Regla 1: Secuencia desde el extremo no reductor (izquierda) usando abreviaciones
  • Regla 2: Formas anoméricas y enantioméricas con prefijos (α/β, D/L)
  • Regla 3: Configuración del anillo con sufijo (p = piranosa, f = furanosa)
  • Regla 4: Átomos del enlace entre paréntesis: ej. (1→4)
Abreviaciones comunes
Se pueden omitir D/L (excepto enantiómeros L poco comunes) y los sufijos p/f cuando los monómeros tienen sus formas habituales. El sistema aplica a oligosacáridos de cualquier longitud, incluidas estructuras ramificadas.
⚡ Extremo reductor vs. no reductor
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Extremo reductor
El residuo cuyo C anomérico no participa en el enlace glucosídico y queda libre. Tiene el grupo aldehído libre. Puede oxidarse. Siempre se ubica a la derecha en la nomenclatura.
🟢
Extremo no reductor
El residuo cuyo C anomérico está involucrado en el enlace glucosídico. No puede oxidarse. Se ubica a la izquierda en la nomenclatura.
❌
Azúcar no reductor
Cuando ambos C anoméricos participan en el enlace. No tiene extremo reductor. Ejemplo: sacarosa (α1-β2).
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Diapositiva 11 · Práctica
Ejercicio de comprensión
P1
¿Cuál es la diferencia entre una aldosa y una cetosa?
  • a La aldosa tiene más carbonos que la cetosa
  • b ✓ La aldosa tiene grupo aldehído (−CHO) en C1; la cetosa tiene grupo cetona (C=O) en C2
  • c La aldosa es siempre un disacárido; la cetosa un monosacárido
P2
¿Por qué en condiciones fisiológicas los monosacáridos con 5+ C se encuentran casi exclusivamente en forma cíclica?
  • a Porque las enzimas solo reconocen formas cíclicas
  • b ✓ Porque los anillos de 5 y 6 eslabones se forman con facilidad (ángulos de enlace ideales) y los equilibrios favorecen las estructuras cíclicas
  • c Porque la forma lineal es inestable a pH neutro
P3
¿Por qué la acumulación de sorbitol (glucitol) en el cristalino de diabéticos puede causar cataratas?
  • a Porque el sorbitol oxida las proteínas del cristalino
  • b ✓ Por su acumulación como alditol (reducción de glucosa) en el cristalino que crea daño osmótico
  • c Porque el sorbitol inhibe las enzimas antioxidantes del ojo
P4
¿Qué diferencia a la maltosa de la celobiosa si ambas son glucosa-glucosa con enlace 1-4?
  • a La maltosa tiene enlace 1-6 y la celobiosa 1-4
  • b ✓ La maltosa tiene enlace α-1,4 (almidón); la celobiosa tiene enlace β-1,4 (celulosa). La diferencia de configuración anomérica determina su digestibilidad
  • c La celobiosa contiene galactosa y no glucosa
P5
¿Por qué la síntesis de oligosacáridos no puede realizarse por la reacción directa de monosacáridos in vivo?
  • a ✓ Porque la formación del enlace glucosídico está termodinámicamente desfavorecida (ΔG = +15 kJ/mol); se requieren monómeros activados
  • b Porque no existen enzimas capaces de unir monosacáridos
  • c Porque los monosacáridos son insolubles en condiciones fisiológicas
P6
¿Qué es un C anomérico y cómo se genera?
  • a El carbono que lleva el grupo fosfato en los ésteres fosfato de azúcares
  • b ✓ El C1 que se vuelve quiral al ciclarse el monosacárido (forma hemiacetal). Genera los anómeros α y β que se interconvierten por mutarrotación
  • c El carbono de la cetona en las cetosas
🏆
Diapositiva 12 · Actividad evaluable
Actividad: análisis integrado de carbohidratos
🎯 Contexto clínico
Un paciente diabético descompensado presenta glucosuria (glucosa en orina) y está siendo evaluado para cataratas. El bioquímico del laboratorio explica que el exceso de glucosa en sangre genera varias rutas alternativas que llevan a complicaciones. Tiempo: 25 min.
1️⃣
Prueba de Benedict (detección de glucosa en orina)

Explica la reacción química que ocurre con el Cu(II) alcalino y la glucosa. ¿Por qué esta reacción identifica azúcares reductores? ¿Por qué la sacarosa no daría resultado positivo en esta prueba?

2️⃣
Formación de sorbitol y cataratas

Describe la reacción química que convierte glucosa en sorbitol. ¿A qué clase de derivados de monosacáridos pertenece el sorbitol? Explica el mecanismo por el que su acumulación en el cristalino ocular genera cataratas.

3️⃣
Glucosa y fosforilación

El primer paso del metabolismo de la glucosa es su fosforilación por la hexocinasa. ¿Qué tipo de derivado de monosacárido se forma? ¿Por qué el ATP puede actuar como donador de fosfato para este proceso?

4️⃣
Disacáridos y digestión

La lactosa del yogur y la celobiosa de la fibra vegetal son ambas glucosa-galactosa y glucosa-glucosa respectivamente con enlace β. ¿Por qué los humanos pueden digerir la lactosa pero no la celobiosa? Usa los conceptos de configuración anomérica y especificidad enzimática.

Entregable
Resolución escrita de los 4 puntos con justificación bioquímica. Incluir las reacciones químicas involucradas y vocabulario de la clase.
Criterios
Reacciones correctas · Clasificación de derivados · Mecanismo de toxicidad · Relación configuración anomérica con digestibilidad
✅ Clase completada

Ideas clave — Carbohidratos

Carbohidratos
Fórmula (CH₂O)n. Energía (glucosa/glucógeno/almidón) · Estructura (celulosa) · Reconocimiento celular (glicoproteínas).
Monosacáridos
Aldosas (–CHO) vs. cetosas (C=O). Domina el tipo D. Triosas→Hexosas. C quiral → estereoisomería.
Formas cíclicas
Furanosa (5) y piranosa (6). >99% en forma de anillo en condiciones fisiológicas. C anomérico → α y β. Mutarrotación. Silla > bote.
Derivados
Ésteres fosfato (metabolismo) · Ácidos aldónicos (oxidación) · Alditoles (reducción, ej. sorbitol) · Aminoazúcares · O-glucósidos (enlace glucosídico estable).
Oligosacáridos
4 características: monómeros, C del enlace, orden, configuración anomérica. Extremo reductor/no reductor. Síntesis requiere monómeros activados — no hay molde.
BIBLIOGRAFÍA
M. Chairez. Unidad 5: Glúcidos. Diapositivas de clase, Bioquímica General. Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, Cd. Juárez, Chihuahua, México, s.f.