La fuente principal de energía para casi todos los países del tercer mundo son los carbohidratos. Los carbohidratos constituyen en general la mayor porción de su dieta, tanto como el 80 % en algunos casos. Por el contrario, los carbohidratos representan únicamente del 45% al 50% de la dieta en muchas personas en países industrializados.
Los Glúcidos (Hidratos de carbono o carbohidratos) están constituidos por C, H, y O (a veces tienen N, S, o P). El nombre de glúcido deriva de la palabra "glucosa" que proviene del vocablo griego glykys que significa dulce, aunque solamente lo son algunos monosacáridos y disacáridos. Su fórmula general suele ser (CH2O)n , donde oxígeno e hidrógeno se encuentran en la misma proporción que en el agua, de ahí su nombre clásico de hidratos de carbono, aunque su composición y propiedades no corresponde en absoluto con esta definición.
Son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Las plantas verdes y las bacterias fotosintetizadoras los producen en el proceso conocido como fotosíntesis, durante el cual absorben el dióxido de carbono del aire y, por acción de la energía solar, producen glucosa y otros compuestos químicos necesarios para que los organismos sobrevivan y crezcan.
Los animales pueden sintetizar algunos carbohidratos a partir de Iípidos y proteinas, pero el volumen mayor de los carbohidratos de animales se deriva en última instancia de los vegetales.
Los carbohidratos se pueden dividir en tres grupos:
* monosacáridos, ejemplo, glucosa, fructosa, galactosa;
* disacáridos, ejemplo, sacarosa (azúcar de mesa), lactosa, maltosa;
* polisacáridos, ejemplo, almidón, glicógeno (almidón animal), celulosa.
De los glúcidos más sencillos, monosacáridos, el más importante es la glucosa. Dos monosacáridos unidos producen un "disacárido", cuyo ejemplo más importante encontramos en la sacarosa, la lactosa y la maltosa. Los polisacáridos son enormes moléculas formadas por uno o varios tipos de unidades de monosacáridos.
Importancia biomédica
Para comprender su función fundamental en la economía del organismo de los mamíferos es esencial el conocimiento de la estructura y propiedades de los carbohidratos de importancia fisiológica. El azúcar glucosa es el carbohidrato más importante. La mayor cantidad del carbohidrato dietético pasa al torrente sanguíneo en forma de glucosa o es convertida en glucosa en el hígado y, a partir de ella, pueden formarse los demás carbohidratos en el cuerpo. Es el combustible principal de los mamíferos (excepto los rumiantes) y un combustible universal para el feto. En el organismo es convertida a otros carbohidratos que tienen funciones altamente especificas, por ejemplo, glucógeno para almacenaje; ribosa en los ácidos nucleicos; galactosa en la lactosa de la leche y en ciertos lípidos complejos y, combinada con proteínas en las glucoproteínas y los proteoglicanos. Las enfermedades que se relacionan con carbohidratos incluyen diabetes sacarina, galactosemia, enfermedades por almacenaje de glucógeno e intolerancia a la lactosa.
En los organismos vivos los hidratos de carbono tienen funciones estructurales y de almacenamiento de energía.
* En la función estructural tenemos como ejemplo: la celulosa que es el principal glúcido estructural en las plantas, hasta un 40% en las paredes celulares, mientras que en los animales invertebrados el polisacárido quitina es un componente básico del exoesqueleto de los artrópodos y en los cordados, las capas celulares de los tejidos conectivos, contienen hidratos de carbono.
* Entre los glúcidos de almacenamiento de energía las plantas usan al almidón y los animales al glucógeno; (cuando se necesita la energía, las enzimas los descomponen en glucosa).
Nota
Cordados:
Zool. Se dice de los metazoos que tienen notocordio, bien constituido o rudimentario, durante toda su vida o, por lo menos, en determinadas fases de su desarrollo. Tipo de estos animales, que comprende los vertebrados y otros seres afines.
Como fuente de energía
Son la mayor fuente de energía almacenada de los seres vivos. Sus anillos de carbono contienen grandes cantidades de energía. Por ejemplo, la glucosa completamente metabolizada:
Libera 686 kcal/mol.
Clasificación
Azúcares: Se caracterizan por su sabor dulce. Pueden ser azúcares sencillos (monosacáridos) o complejos (disacáridos). Están presentes en las frutas (fructosa), leche (lactosa), azúcar blanco (sacarosa), miel (glucosa + fructosa), etc.
Los monosacáridos son sólidos, cristalinos, incoloros, solubles en agua y de sabor dulce. Químicamente son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.
Esto es lo mismo que decir, como clásicamente se estila:
Los azúcares o glúcidos son polialcoholes de aldehídos y cetonas
Responden a la fórmula empírica (CH2O)n, en la que n tiene un valor igual o mayor que 3, siendo los más frecuentes los de 5 y 6 átomos de carbono.
Presentan en todos sus carbonos un grupo hidroxilo (-OH), excepto en uno, en el cual lleva un grupo carbonilo. El grupo carbonilo es el grupo funcional que corresponde a los aldehídos y cetonas.
Si el grupo carbonilo se encuentra al final de la cadena, el monosacárido es un aldehído, y se denomina aldosa. Si se encuentra en un carbono secundario es una cetona, y se llama cetosa.
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| cetosa |
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| aldosa |
Ejemplo:
La glucosa, a veces, es la sustancia en la que se convierten muchos otros carbohidratos, como los disacáridos y almidones, por las enzimas digestivas.
El más común y abundante de los monosacáridos es la glucosa, también denominada dextrosa. Se encuentra en frutas, batatas, cebollas y otras sustancias vegetales. Es el principal nutriente de las células del cuerpo humano a las que llega a través de la sangre. La glucosa se oxida para producir energía, calor y dióxido de carbono, que se elimina con la respiración. No suele encontrarse en los alimentos en estado libre, salvo en la miel y algunas frutas, sino que suele formar parte de cadenas de almidón o disacáridos. La glucosa es un monosacárido cuya molécula contiene un grupo aldehído y cinco hidroxilos:
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| Glucosa aldohexosa |
La glucosa es una aldohexosa
Monosacáridos
Estos azúcares se caracterizan por poseer grupos hidroxilos (OH) y un grupo aldehído o cetona. Se describen con la fórmula (CH2O)n , donde n es un número entero no menor de tres y no mayor de ocho (3 < n < 8). Estas proporciones dieron origen al término carbohidratos (o hidratos de carbono) para los azúcares y para aquellas moléculas constituidas por subunidades de azúcar. Se debe a que a cada carbono (carbo) le correspondería una molécula de agua (hidrato). Estos compuestos pueden quemarse u oxidarse a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), en una reacción que produce energía, capacidad que ha sido aprovechada por muchos seres vivos que degradan la glucosa, y aprovechan la energía desprendida almacenándola en forma de ATP (adenosín tri fosfato).
Glucosa: sólido cristalino de color blanco, algo menos dulce que el azúcar destinado al consumo. Este azúcar monosacárido de seis carbonos, de fórmula C6H12O6, se caracteriza por tener una función hidroxilo (OH) (característica de los alcoholes) en cada uno de los carbonos, excepto en el primero donde presenta una función aldehído. Se encuentra en la miel y en el jugo de numerosas frutas. La glucosa está presente en la sangre de los animales, método de transporte para distribuir a este glúcido por todo el cuerpo, para ingresarla en la célula y producir la "respiración celular" (glucólisis - ciclo de Krebs - transporte de electrones).
Debido a que la glucosa es el azúcar en la sangre, con frecuencia se utiliza como sustancia para dar energía a las personas a las que se alimenta por vía endovenosa. La glucosa disuelta en agua estéril, casi siempre en concentraciones de 5 a 10 por ciento, por lo general se utiliza con este propósito (suero dextrosado al 5%).
Disacáridos
Existen dos formas en las cuales los azúcares se polimerizan: enlaces alfa o beta.
Estos enlaces se forman por unión glucosídica, durante la cual se pierde una molécula de agua
Enlaces Alfa
Para distinguir entre enlaces alfa y beta, hay que fijarse en la posición del hidrógeno en el primer carbono de la molécula. En el enlace alfa se representa hacia arriba, y en el beta hacia abajo.
Los disacáridos, compuestos de azúcares simples (formados por la unión de dos monosacáridos), necesitan que el cuerpo los convierta en monosacáridos antes que se puedan absorber en el tracto alimentario.
Por ejemplo: la sacarosa (azúcar común – azúcar de caña) está formada por una glucosa y una fructosa (monosacárido de seis carbonos que posee una función cetona en el carbono 2), de fórmula C12H22O11. Sacarosa es el nombre científico para el azúcar de mesa (el tipo que, por ejemplo, se emplea para endulzar el té). El disácarido sacarosa es la principal forma en que los azucares se transportan a través del floema (vasos conductores de savia en los vegetales), desde las hojas hasta los sitios de la planta donde son requeridos. Es soluble en agua y ligeramente soluble en alcohol y éter.
Cristaliza en forma de agujas largas y delgadas. Por hidrólisis (separación por medio de agua ya que se necesita una molécula de agua para que queden completos ambos monosacáridos) rinde una mezcla de glucosa y fructosa.
En el intestino delgado (humano), la metabolización tiene lugar gracias a la intervención de las enzimas invertasa y sacarasa. Cuando se calienta a temperaturas superiores a 180 ºC, la sacarosa se transforma en una sustancia amorfa, de color ámbar y consistencia espesa, parecida al jarabe, llamada caramelo, que es lo que le ponemos al flan.
Otro disacárido importante es la lactosa, azúcar que sólo aparece en la leche, aquí la glucosa se combina con galactosa (hexosa que presenta funciones hidroxilos y una función aldehído).
sacarosa
Polisacáridos de reserva y estructurales
Los polisacáridos son monosacáridos unidos entre sí por uniones glucosídicas en largas cadenas. Pueden o no tener el mismo tipo de monosacárido como eslabón en esas cadenas. Los principales son: almidón y glucógeno.
El almidón es la forma principal de almacenamiento de glucosa en la mayoría de las plantas. Es fabricado por las plantas verdes durante la fotosíntesis. Forma parte de las paredes celulares de las plantas y de las fibras de las plantas rígidas. A su vez sirve de almacén de energía en las plantas, liberando energía durante el proceso de oxidación en dióxido de carbono y agua. Los gránulos de almidón de las plantas presentan un tamaño, forma y características específicos del tipo de planta en que se ha formado el almidón
El glucógeno es la forma principal en que se almacena la glucosa en los animales superiores. Se produce en el cuerpo humano a partir de los monosacáridos resultantes de la digestión del almidón alimentario. y a veces se conoce como almidón animal. Se almacena en el hígado y tejidos musculares.
Otro polisacárido muy importante es la celulosa, es un polímero de unidades de glucosa. Difiere del almidón y el glucógeno porque sus unidades se encuentran unidas por enlaces beta 1-4. Por otra parte forman una estructura bidimensional, con puentes hidrógeno entre los polímeros cercanos, lo que le agrega estabilidad a esta molécula. La celulosa no puede ser digerida en el tracto digestivo humano que carece de las enzimas necesarias para hidrolizar el enlace beta 1-4.
Algunos animales como las termitas presentan bacterias simbiontes en su tracto digestivo que poseen las enzimas (celulasas) para la digestión de la celulosa.
Rumiantes, como la vaca poseen en su tracto digestivo (retículo y rumen) bacterias, protozoos y hongos que intervienen en la hidrolisis de la celulosa.
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| detalle de las microfibrillas de celulosa en la pared vegetal |
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| cadena de celulosa |
La única diferencia estructural entre el almidón y la celulosa, es el tipo de unión entre las moléculas de glucosa (alfa para el almidón y beta para la celulosa) y, sin embargo, los compuestos tienen propiedades muy diferentes. La celulosa es el material resistente que forma las paredes de las células vegetales, mientras que el almidón es soluble en agua y es usado por las plantas como sustancia de reserva.
En los seres humanos, cualquiera de los carbohidratos no disponibles pasa a través del tracto intestinal. Forman gran parte del volumen y desecho alimentario que se elimina en las heces, y con frecuencia se denominan «fibra dietética».
Ahora hay un interés creciente en la fibra alimentaria, debido a que las dietas altas en fibra se consideran saludables. Una clara ventaja de las dietas altas en fibra es la menor incidencia de estreñimiento con respecto a las personas que tienen una dieta baja en fibra. El volumen en las dietas de alto contenido de fibra puede contribuir a una sensación de llenura o saciedad, que puede llevar a un menor consumo de energía, y esto, a su vez, ayuda a reducir la probabilidad de obesidad. Una dieta alta en fibra resulta en un tránsito más rápido de los alimentos a través del tracto intestinal, y por lo tanto, se considera de ayuda para un funcionamiento intestinal normal y saludable.
La formación de polisacáridos a partir de monosacáridos exige energía; cuando la célula necesita energía los hidroliza para liberar un monosacárido, que a su vez es oxidado para que aporte la energía necesaria para el trabajo celular.
Cuando cualquiera de los carbohidratos digeribles se consume por encima de las necesidades corporales, el organismo los convierte en grasa que se deposita como tejido adiposo debajo de la piel y en otros sitios del cuerpo.
Cuestionario
1- de qué otra forma se llama a los azúcares?
2- Cómo se pueden definir?
3- Cómo se llama el grupo funcional que se encuentra presente en aldehídos y cetonas?
4- Mencione algunos de los monosacáridos más conocidos
5- Mencione algunos de los disacáridos más conocidos
6- Cuáles son las dos funciones más importantes de los azúcares?
7- Cuántas calorías libera la metabolización completa de un mol de glucosa?
8- Cuál es la fórmula empírica de la glucosa?
9- A través de que medio llega la glucosa a las células de los organismos animales?
10-Mencione dos disacáridos. Cuáles son los monosacáridos que los forman?
11-Mencione dos polisacáridos de reserva
12-Cuando los azúcares se unen a los lípidos la macromolécula resultante se denomina………………
13-Cuando los azúcares se unen a las proteínas la macromolécula resultante se denomina………………
14-Entre las moléculas de celulosa se establece una unión puente de hidrógeno adicional, que no se encuentra ni en el almidón ni en el glucógeno. Explique brevemente qué finalidad cumple tal enlace en la celulosa
