Name: carbohydrate structures and types
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 3 min 25 s
Channel: JoVE

Los carbohidratos son compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Estas moléculas reciben su nombre de la fórmula empírica de muchos monosacáridos s que tienen dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno por cada carbono. Los carbohidratos simples son monómeros llamados monosacáridos y dímeros llamados disacáridos.Los carbohidratos complejos son polímeros llamados polisacáridos. Un monosacárido se puede clasificar como aldosa o cetosa por su grupo funcional. Los que tienen un grupo aldehído se denominan aldosas y los que tienen un grupo cetona se denominan cetosas.Los monosacáridos suelen contener de tres a siete átomos de carbono en sus cadenas. Cada uno de los carbonos se puede numerar comenzando con el número uno desde el extremo más cercano al carbono del carbonilo. Los azúcares pueden formar estructuras de anillo no planas y, en la naturaleza, existen principalmente en esta forma cíclica.Las estructuras de anillo se forman cuando el grupo carbonilo reacciona con un grupo hidroxilo en el extremo opuesto de la molécula a través de una reacción de condensación. El carbono unido al aldehído o cetona reactivo también se conoce como carbono anomérico. Estas estructuras de anillo de carbono-oxígeno pueden existir como dos anómeros:alfa y beta.Los anómeros son isómeros estructurales que difieren en la configuración en el carbono del carbonilo. En la forma alfa, el grupo hidroxilo en el carbono anomérico y el grupo CH2OH en el último carbón dentro del anillo están ubicados en lados opuestos del anillo, y en la forma beta, están ubicados en el mismo lado. Se utiliza una convención de nomenclatura similar para los enlaces que unen los monosacáridos a otras moléculas.Los enlaces formados por debajo de la estructura del anillo se conocen como enlaces alfa, mientras que los que están por encima del anillo se conocen como enlaces beta. Los números en el nombre de los enlaces glicosídicos indican los números de carbono de los monosacáridos que están involucrados en los enlaces. Cuando dos monosacáridos se unen a través de enlaces glicosídicos, forman disacáridos.Los enlaces glicosídicos son enlaces covalentes que se forman cuando el grupo hidroxilo de un monosacárido reacciona con el carbono anomérico de otro monosacárido con la eliminación de una molécula de agua. Los polisacáridos o carbohidratos complejos son una cadena de monosacáridos que se mantienen unidos por enlaces covalentes. La variación en los enlaces glicosídicos presentes en estas moléculas puede dar como resultado diferentes tipos de polisacáridos del mismo monosacárido.Las moléculas de glucosa unidas a través de enlaces β-1, 4-glicosídicos forman la celulosa, un polisacárido insoluble en agua. Las moléculas de glucosa unidas a través de enlaces α-1, 4-glicosídicos forman la amilosa, un polímero soluble en agua y un componente del almidón. El almidón y la celulosa son polisacáridos que se encuentran en las plantas.El glucógeno es una molécula insoluble en agua hecha de glucosa unida a través de enlaces α-1, 4-glicosídicos y ramificación intermitente a través de enlaces α-1, 6-glicosídicos. El glucógeno sirve como polisacárido de almacenamiento en animales.

química de los hidratos de carbono

Chemistry of Carbohydrates

Los carbohidratos son una parte esencial de la dieta en los humanos y animales. Los granos, las frutas y las verduras son fuentes naturales de carbohidratos que proporcionan energía al cuerpo, particularmente a través de la glucosa, un azúcar simple que es un componente del almidón y un ingrediente en muchos alimentos básicos. La fórmula estequiométrica (CH2O)n, donde n es el número de carbonos en la molécula, representa a los carbohidratos. En otras palabras, la relación entre carbono e hidrógeno y oxígeno es de 1:2:1 en las moléculas de carbohidratos. Esta fórmula también explica el origen del término “carbohidrato”: Los componentes son carbono (“carbo”) y agua (“hidrato”). Los carbohidratos se pueden clasificar en simples y complejos. Los monosacáridos y los disacáridos son carbohidratos simples. Los polisacáridos son carbohidratos complejos.
 Monosacáridos
 Los monosacáridos son azúcares simples, el más común de los cuales es la glucosa. En los monosacáridos, el número de carbonos suele variar de tres a siete. Si el azúcar tiene un grupo aldehído (el grupo funcional con la estructura R-CHO), es una aldosa, y si tiene un grupo cetona (el grupo funcional con la estructura RC(=O)R'), es una cetosa. Dependiendo del número de carbonos en el azúcar, pueden ser triosas (tres carbonos), pentosas (cinco carbonos) y/o hexosas (seis carbonos).
 La galactosa y la fructosa son otros monosacáridos comunes. La glucosa, la galactosa y la fructosa son monosacáridos isoméricos (hexosas), lo que significa que tienen la misma fórmula química pero estructuras ligeramente diferentes. La glucosa y la galactosa son aldosas, y la fructosa es una cetosa.
 Los monosacáridos pueden existir como una cadena lineal o como moléculas en forma de anillo. En las soluciones acuosas, generalmente se encuentran en forma de anillo. La glucosa en forma de anillo puede tener dos arreglos diferentes del grupo hidroxilo (OH) alrededor del carbono anomérico (carbono 1 que se vuelve asimétrico en el proceso de formación de los anillos). Si el grupo hidroxilo está por debajo del carbono número 1 en el azúcar, está en la posición alfa (α), y si está por encima del plano, está en la posición beta (β).
 <h4>Disacáridos</h4>
 Los disacáridos se forman cuando dos monosacáridos se someten a una reacción de deshidratación (o una reacción de condensación o síntesis de deshidratación). Durante este proceso, el grupo hidroxilo de un monosacárido se combina con el hidrógeno de otro monosacárido, liberando una molécula de agua y formando un enlace covalente. Esto se llama enlace glicosídico. Los enlaces glicosídicos (o uniones glicosídicas) pueden ser de tipo alfa o beta. Se forma un enlace alfa cuando el grupo OH en el carbono-1 de la primera glucosa está por debajo del plano anular, y se forma un enlace beta cuando el grupo OH en el carbono-1 está por encima del plano anular. El disacárido más común es la sacarosa, o azúcar de mesa, que se compone de monómeros de glucosa y fructosa.
 <h4>Polisacáridos</h4>
 Una larga cadena de monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos es un polisacárido. La cadena puede ser ramificada o no ramificada, y puede contener diferentes tipos de monosacáridos. El peso molecular puede ser de 100.000 daltons o más dependiendo del número de monómeros unidos. El almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos.
 Las plantas almacenan el almidón en forma de azúcares. En las plantas, una mezcla de amilosa y amilopectina (ambos polímeros de glucosa) comprende estos azúcares. El almidón comprende los monómeros de glucosa que se unen por enlaces glicosídicos α 1-4 o α 1-6. Los números 1-4 y 1-6 se refieren al número de carbono de los dos residuos que se han unido para formar el enlace.
 El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa en humanos y otros vertebrados y está compuesto por monómeros de glucosa. El glucógeno es el equivalente animal del almidón y es una molécula altamente ramificada que generalmente se almacena en las células hepáticas y musculares. Siempre que los niveles de glucosa en la sangre disminuyen, el glucógeno se descompone para liberar glucosa.
 La celulosa es el biopolímero natural más abundante. La celulosa comprende principalmente la pared celular de una planta. Esto proporciona el soporte estructural de la célula. La madera y el papel son en su mayoría celulósicos. Los monómeros de glucosa que componen la celulosa se une por enlaces glicosídicos β 1-4.
 Este texto es adaptado de <a href="https://openstax.org/books/biology-2e/pages/3-2-carbohydrates"> Openstax, Biología 2e, Capítulo 3.4: Carbohidratos.</a>

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE

carbohydrate structures and types

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form.

The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units.

Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in living things. Understanding their basic chemistry makes it easier to identify how these molecules are grouped and how their forms differ.

Carbohydrate Structures and Types

the periodic table and organismal elements

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Element Groups in Living Things

Living things are built from elements found on the periodic table. This page focuses on the elements that make up organisms and how they are grouped in biology. These organismal elements are usually divided into major, minor, and trace categories. Major elements make up most of the mass of living matter. Minor elements are needed in smaller amounts. Trace elements are present in very small amounts but still play important roles. The periodic table helps show where these elements fit and how...

functional groups

Functional Groups in Organic Molecules

Functional groups are the parts of organic molecules that give them specific chemical behavior. They help determine how a compound reacts and what properties it has. In organic chemistry, these groups are used to classify molecules in a clear way. Hydrocarbons are one common class of organic compounds. They contain only carbon and hydrogen. Alcohols, aldehydes, and ketones are other classes that are identified by their functional groups. These groups make each class behave differently from the...

polymers

Polymer Structures and Uses

Polymers are large molecules built from repeating smaller units called monomers. Their long-chain structure gives them many different properties and makes them useful in everyday materials. Polymers can form in two main ways. In addition polymerization, monomers join together without losing any atoms. In condensation polymerization, monomers link while a small molecule is released. These two pathways help explain how many common plastics and related materials are made. The structure of a...

what are lipids?

Lipids in Cells: Fats and Membranes

Lipids are a group of biomolecules found in living things. They are known for their role in energy storage and in building cell membranes. This makes them important in many parts of biology. Fats are one common type of lipid. Other lipids include phospholipids and steroids. Each group has a different structure and a different job in the body. Phospholipids are especially important because they help form cell membranes. Steroids also belong to the lipid group, and they have their own distinct...

structure of lipids

Types of Lipids and Their Structure

Lipids are a major group of biological molecules, and their structure helps explain their different forms. Many lipids are built from fatty acids, which are long hydrocarbon chains with a carboxyl group. The carbon chain is hydrophobic, meaning it does not mix well with water, while the carboxyl group is the acidic end. Triglycerides are one common lipid type. They consist of a glycerol molecule joined to three fatty acid chains. Saturated triglycerides have fatty acids with only single...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates are biomolecules built from carbon, hydrogen, and oxygen. Their chemistry helps explain how simple sugars join together and how larger carbohydrate molecules form. The smallest carbohydrates are monosaccharides, or single sugar units. These can link to make disaccharides, which contain two sugar units, and polysaccharides, which are long chains of many sugar units. Carbohydrates play an important role in biology because they are part of the structures and processes found in...

nucleic acids

Nucleic Acids and Genetic Information

Nucleic acids carry genetic information in cells. They include DNA and RNA, which are made from nucleotide building blocks. These molecules store, copy, and help use the instructions needed for life. DNA is the main long-term storage molecule for genetic information. RNA helps carry and use that information in cells. Together, these nucleic acids connect the code in a cell to the proteins it can make.

intermolecular forces

Forces Between Molecules

Forces between molecules help explain why matter behaves the way it does. These intermolecular attractions act between separate molecules, not within a single molecule. They are often much weaker than the bonds that hold atoms together inside a molecule, but they still affect many properties of liquids and solids. Several common types of intermolecular forces are covered in this topic. These include dipole-dipole forces, hydrogen bonding, ion-dipole forces, and van der Waals forces. Van der...

noncovalent attractions in biomolecules

How Biomolecules Hold Their Shape

Biomolecules hold their shape through noncovalent attractions. These interactions occur within and between molecules and help control the structure and stability of complexes. They are different from covalent bonds because they do not involve sharing electrons. Four main noncovalent interactions are important in biology: hydrogen bonds, van der Waals forces, ionic bonds, and hydrophobic interactions. Hydrogen bonds form when a hydrogen atom is covalently bonded to a strongly electronegative...

pH Scale and Acid-Base Balance

pH measures how acidic or basic an aqueous solution is. It is a key way to describe the balance between acids and bases in water-based solutions. The pH scale shows this balance with low values for acidic solutions and high values for basic solutions. Neutral solutions fall in the middle of the scale. Understanding pH helps explain how different substances behave in water. It also helps compare solutions that are more acidic, more basic, or neutral.

hydrolysis of atp

ATP Hydrolysis and Energy Release

ATP hydrolysis is a key chemical reaction in cells that releases energy. ATP, or adenosine triphosphate, is the molecule cells use to store and transfer energy for many processes. During hydrolysis, water breaks the bond in ATP’s terminal phosphate group. This reaction converts ATP into ADP, or adenosine diphosphate, and inorganic phosphate. The released energy can then be used to drive cellular work. High school biology students often see ATP hydrolysis as part of energy transfer in living...

key terms and concepts

Explore carbohydrate structures, from monosaccharides to polysaccharides, and learn how carbon, hydrogen, and oxygen form key biomolecules in living things.

Carbohydrate Structures and Types | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Biología Molecular presenta los procesos moleculares de la célula a través de lecciones claras y concisas de animaciones audiovisuales. Además, en los vídeos de científicos en acción, se muestran aplicaciones de estos conceptos mediante experimentos reales en laboratorios especializados.

Carbohydrate Structures and Types

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