Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids

I 0 flashcards i 2 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS QUÍMICA Grau en Biotecnologia Universitat de Girona AprenAI 2026-2027 Apunts de Química i Biologia Fonamental sobre glúcids: monosacàrids, estereoisomeria D/L, anòmers, disacàrids i polímers (midó, glicogen, cel·lulosa). APREN.AI Índex 1 Estructura i estereoquímica dels monosacàrids Naturalesa química i classificació dels monosacàrids Isomeria i configuració D/L Ciclació i anomeria ( ) 2 Polímers de glúcids: disacàrids i polisacàrids Classificació per mida i l'enllaç O-glicosídic Disacàrids comuns Homopolisacàrids: estructurals i de reserva Heteropolisacàrids Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. α/β Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 1 1 Estructura i estereoquímica dels monosacàrids EN ACABAR SABRÀS Distingir entre aldoses i cetoses segons la posició del grup funcional carbonil. Identificar centres asimètrics i determinar la configuració D o L d'un monosacàrid. Diferenciar les formes anomèriques alfa i beta resultants de la ciclació intramolecular. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Per què dues molècules amb exactament la mateixa seqüència d'àtoms poden comportar-se de manera diferent davant enzims biològics?

Naturalesa química i classificació dels monosacàrids Els glúcids són biomolècules constituïdes per carboni, hidrogen i oxigen que responen generalment a la proporció estequiomètrica . Des d'un punt de vista químic, es defineixen com a polihidroxialdehids (quan presenten el grup carbonil com a aldehid en posició terminal, ) o polihidroxiacetones (quan el grup carbonil és una cetona interna, habitualment ). Els monosacàrids representen les unitats estructurals o monòmers fonamentals dels glúcids. Són sòlids cristal·lins, de color blanc, solubles en aigua i amb gust dolç.

Les seves cadenes carbonades tenen una llargada de 3 a 7 àtoms de carboni, i es classifiquen combinant el grup funcional i el nombre d'àtoms de carboni: Segons el grup carbonil: aldoses (carbonil al carboni 1) o cetoses (carbonil al carboni 2). Segons la llargada: trioses (3 carbonis), tetroses (4 carbonis), pentoses (5 carbonis), hexoses (6 carbonis) o heptoses (7 carbonis). DEFINICIÓ Un carboni quiral o asimètric és aquell àtom de carboni enllaçat a quatre substituents químics diferents. La seva presència permet l'existència d'isòmers configuracionals.

Isomeria i configuració D/L Els isòmers són molècules que comparteixen la mateixa fórmula empírica però difereixen en la disposició estructural. Es distingeixen dues categories principals: Isòmers constitutius: difereixen en la connectivitat entre àtoms (per exemple, una aldosa enfront d'una cetosa). Isòmers configuracionals: mantenen el mateix esquelet d'unions però presenten una orientació espaial diferent.

Dins la isomeria òptica o configuracional trobem: C (H O) n 2 n H C = 1 O C = 2 O Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 2 Tipus d'isòmer Relació estructural Característica distintiva Enantiòmers Imatge especular no superposable Tots els centres asimètrics estan invertits Diastereoisòmers No presenten relació d'imatge especular Com a mínim un carboni quiral difereix, però no tots Epímers Subtipus de diastereoisòmer Difereixen en la configuració d'un sol carboni asimètric Anòmers Isòmers formats en ciclar-se Difereixen en la posició del grup hidroxil al carboni carbonílic inicial La designació com a sèrie D o L depèn exclusivament de la posició del grup hidroxil ( ) unit al carboni asimètric més allunyat del carboni 1.

Si aquest hidroxil queda orientat a la dreta, correspon a la forma D; si es troba a l'esquerra, a la forma L. A la natura, totes les molècules funcionals són D. COMPROVA-HO 2 Quin criteri determina inequívocament si un monosacàrid lineal de 6 carbonis pertany a la sèrie D o L? Ciclació i anomeria ( ) En medi aquós, les aldoses i cetoses de mida suficient reaccionen intramolecularment formant un anell mediante un enllaç hemiacetal entre el carbonil i un grup alcohol de la pròpia cadena: Furanosa: cicle pentagonal de 5 vèrtexs (típic de la ribosa i la fructosa, on només 4 vèrtexs són àtoms de carboni de la pentosa o hexosa).

Piranosa: cicle hexagonal de 6 vèrtexs (típic de glucosa i galactosa, format per 5 carbonis i 1 oxigen). Esquema dels anòmers alfa i beta de la D-glucosa. OH α/β Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 3 En produir-se la ciclació, el carboni 1 passa a ser un nou carboni asimètric anomenat carboni anomèric. Sorgeixen així dos anòmers: Anòmer : el grup anomèric queda situat per sobre del pla de l'anell (a l'esquerra en forma lineal). Anòmer : el grup anomèric queda situat per sota del pla de l'anell (a la dreta en forma lineal). ERROR FREQÜENT Confondre la designació D/L amb la condició anomèrica .

La configuració D o L depèn del carboni quiral més llunyà al carbonil, mentre que l'anomeria depèn exclusivament de la posició de l' al carboni anomèric acabat de formar en ciclar-se. ESQUEMA Classificació dels monosacàrids segons estructura i isomeria IDEES CLAU Els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxiacetones amb fórmula general . Un carboni quiral està coordinat amb quatre substituents químics diferents. La configuració D o L està determinada per l'hidroxil del centre asimètric més allunyat del carboni 1. La ciclació genera un enllaç hemiacetal i produeix dos anòmers: (hidroxil sota el pla) i (hidroxil sobre el pla). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 3.

Com es classifiquen els isòmers configuracionals que no són imatge especular l'un de l'altre? 4. Quants vèrtexs i carbonis formen l'anell d'una piranosa? β OH α OH α/β α/β OH Grup carbonil Aldoses (C1) o cetoses (C2) Nombre de carbonis De 3 a 7 (trioses a heptoses) Estereoisomeria Segons centres quirals Enantiòmers Imatge especular no superposable Diastereoisòmers No són imatges especulars Anòmers Ciclació (formes alfa o beta) C (H O) n 2 n α β Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 4 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 5. Quin compost té el carbonil al segon carboni? 6. En una piranosa, quina és la posició de l'OH a l'anòmer beta? 7.

Quina propietat defineix dos enantiòmers? 8. Quina és la sèrie estereoquímica de totes les molècules funcionals naturals? 2 Polímers de glúcids: disacàrids i polisacàrids EN ACABAR SABRÀS Identificar els monosacàrids que componen la maltosa, sacarosa i lactosa. Comparar l'estructura i funció de reserva del midó i el glicogen amb l'estructura de la cel·lulosa. Diferenciar els homopolisacàrids dels heteropolisacàrids segons la seva diversitat monomèrica. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 9 Per què els humans podem digerir el midó d'una patata però no la fusta o l'herba, si ambdues estan fetes de glucosa?

Classificació per mida i l'enllaç O-glicosídic Segons la quantitat de monòmers que els integren, els glúcids s'ordenen en: Monosacàrids: la unitat monomèrica més simple. Oligosacàrids: compostos per entre 2 i 10 unitats, destacant els disacàrids (formats per 2 monosacàrids). Polisacàrids: cadenes macromoleculars de més de 10 unitats monosacarídiques unides en sèrie.

Hemiacetal a) Cetosa b) Aldosa c) Piranosa d) Per sota del pla a) Per sobre del pla b) A la dreta de la cadena c) Fora de l'anell d) Són imatges especulars no superposables a) Són cadenes de diferent llargada b) Difereixen només al carboni anomèric c) Diferent fórmula molecular d) Sèrie L a) Forma alfa b) Forma furanosa c) Sèrie D d) Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 5 La condensació dels monòmers té lloc mitjançant l'enllaç O-glicosídic. Aquest enllaç es classifica en - glicosídic o -glicosídic en funció de la conformació del primer monosacàrid implicat (amb el seu hidroxil per sota o per sobre del pla, respectivament).

Disacàrids comuns Els tres disacàrids principals formats per unions covalents d'hexoses són: Disacàrid Monòmers constituents Tipus d'enllaç Anotacions destacades Maltosa Glucosa + Glucosa Format per dues unitats de glucosa Sacarosa Glucosa + Fructosa Monòmers en forma -D-glucosa i fructosa Lactosa -galactosa + - glucosa La seva intolerància deriva del dèficit de l'enzim lactasa Esquema estructural de la maltosa amb enllaç alfa(1->4). Estructura química de la sacarosa amb enllaç alfa(1->2). COMPROVA-HO 10 Quin enllaç químic uneix la glucosa i la fructosa a la molècula de sacarosa?

Homopolisacàrids: estructurals i de reserva Els homopolisacàrids contenen un sol tipus de monosacàrid repetit, formant polímers de milers d'unitats mitjançant enllaços que poden ser o : , o , tant lineals com ramificats: Midó: reserva energètica dels vegetals (a llavors i tubercles). Comprèn dos components: Amilosa: cadena lineal sense ramificacions amb enllaços . α β α(1 4) α(1 2) α β β β(1 4) α β (1 2) (1 4) (1 6) α(1 4) Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 6 Amilopectina: esquelet amb enllaços i punts de ramificació mitjançant enllaços . Glicogen: reserva energètica dels animals, emmagatzemat als teixits hepàtic i muscular.

Constituït per polímers de maltosa units per amb nombroses ramificacions en . Cel·lulosa: component estructural fonamental de la paret vegetal i biomolècula més abundant del planeta. Cadena lineal de -glucoses unides per enllaços , on cada glucosa s'inverteix respecte a l'anterior. Els enzims humans no poden trencar l'enllaç ; els herbívors ho aconsegueixen gràcies a microorganismes del seu tub digestiu. Quitina: paret cel·lular de fongs i exoesquelet dels artròpodes. Polímer de N-acetilglucosamines (glucosa unida a un grup amina) mitjançant enllaços . Diagrama de ramificació alfa(1->6) sobre cadena alfa(1->4). Disposició lineal dels enllaços beta(1->4) a la cel·lulosa.

Heteropolisacàrids Constituïts per dos o més tipus distints de monosacàrids: Peptidoglicans (mureïna): components de la paret bacteriana formats per polisacàrids combinats amb cadenes peptídiques. Mucopolisacàrids: substància fonamental dels teixits animals. Quan heteropolisacàrids no ramificats (formats per dues unitats de monosacàrid repetides, 5%) s'associen a proteïnes (95%), constitueixen els proteoglicans, com ara l'àcid hialurònic.

α(1 4) α(1 6) α(1 4) α(1 6) β β(1 4) β(1 4) β(1 4) Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 7 ERROR FREQÜENT Confondre els enllaços glucosídics d'emmagatzematge amb els estructurals: el midó i el glicogen fan servir enllaços , que són fàcilment hidrolitzables pel nostre metabolisme; la cel·lulosa empra enllaços , indestructibles per als enzims digestius humans. ESQUEMA Classificació dels polisacàrids segons la seva composició IDEES CLAU Els disacàrids uneixen dos monosacàrids amb un enllaç O-glicosídic eliminant aigua. L'amilosa és lineal mentre que l'amilopectina i el glicogen presenten ramificacions en .

La cel·lulosa presenta enllaços lineals que no poden ser hidrolitzats pels enzims humans. Els heteropolisacàrids contenen diferents monosacàrids i poden associar-se a proteïnes formant peptidoglicans o proteoglicans. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 11. Per quina raó l'ésser humà no pot aprofitar la cel·lulosa com a nutrient energètic? 12. Quina és la composició monomèrica de la quitina? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 13. Quin tipus d'enllaç produeix les ramificacions a l'amilopectina?

α β Homopolisacàrids Un sol tipus de monòmer Reserva energètica Midó (plantes) i Glicogen (animals) Estructurals Cel·lulosa (plantes) i Quitina (fongs/artròpodes) Heteropolisacàrids Dos o més monòmers distints Peptidoglicans Paret bacteriana (mureïna) Mucopolisacàrids Teixits animals i àcid hialurònic α(1 6) β(1 4) beta(1->4) a) beta(1->2) b) alfa(1->6) c) alfa(1->4) d) Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 8 14. De quins monosacàrids està formada la lactosa? 15. On s'emmagatzema principalment el glicogen en animals? 16. Quina fracció proteica contenen els proteoglicans?

Glucosa i fructosa a) Glucosa i amina b) Beta-galactosa i alfa-glucosa c) Dues glucoses d) Músculs i fetge a) Teixit ossi b) Paret cel·lular c) Paret bacteriana d) 5 % a) 95 % b) 50 % c) 100 % d) Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 9 Solucions de les preguntes de repàs 1. Perquè els carbonis quirals generen geometries tridimensionals distintes que no coincideixen en l'espai, impedint el mateix reconeixement molecular. 2. La posició de l'hidroxil del carboni asimètric més llunyà al carboni 1 (el C5 en aldohexoses): si l'hidroxil està a la dreta és D, i si és a l'esquerra és L. 3.

S'anomenen diastereoisòmers; si es diferencien exclusivament en un únic centre asimètric, s'anomenen epímers. 4. Té 6 vèrtexs en total, dels quals 5 són àtoms de carboni i 1 és àtom d'oxigen. 5. b) Cetosa. Les cetoses es caracteritzen per tenir el grup cetona en posició C2. 6. b) Per sobre del pla. L'anòmer beta situa l'hidroxil anomèric per sobre del pla del cicle. 7. a) Són imatges especulars no superposables. Els enantiòmers tenen una relació d'imatge especular no superposable. 8. d) Sèrie D. Totes les biomolècules funcionals naturals descrites pertanyen a la sèrie configuracional D. 9.

Perquè el midó conté enllaços de tipus alfa que els nostres enzims poden trencar, mentre que la fusta conté cel·lulosa amb enllaços beta inaccessibles per a nosaltres. 10. Un enllaç O-glicosídic de tipus alfa(1->2). 11. Perquè el nostre sistema digestiu no disposa dels enzims capaços d'hidrolitzar els enllaços beta(1->4) de la cel·lulosa. 12. Està formada per unitats de N-acetilglucosamina (glucosa unida a un grup amina) amb enllaços beta(1- >4). 13. c) alfa(1->6). Les ramificacions de l'amilopectina i del glicogen s'estableixen en posició alfa(1->6). 14. c) Beta-galactosa i alfa-glucosa. La lactosa és un disacàrid constituït per beta-galactosa i alfa-glucosa unides per enllaç beta(1->4). 15.

a) Músculs i fetge. El glicogen s'acumula com a reserva energètica a les cèl·lules musculars i hepàtiques. 16. b) 95 %. Els proteoglicans estan formats per una part glucídica del 5% unida a un 95% de proteïna. Glúcids: Estructura, Isomeria i Polisacàrids 10