¿Qué son los carbohidratos o hidratos de carbono, cuáles son sus principales
funciones y cómo se clasifican?
1) Los hidratos de carbono, también llamados carbohidratos o glúcidos, son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno y, en una menor cantidad, de oxígeno. Tienen enlaces químicos difíciles de romper de tipo covalente, pero que almacenan gran cantidad de energía, que es liberada cuando la molécula es oxidada, por lo que son considerados como los principales proveedores de energía (en dieta equilibrada aportan el 50-60% del total de calorías). En la naturaleza son un constituyente esencial de los seres vivos, formando parte de biomoléculas aisladas o asociadas a otras, siendo los compuestos orgánicos que más abundan en la naturaleza. Se encuentran en los tejidos vegetales formando elementos fibrosos o leñosos de su estructura o compuestos de reserva, también están ampliamente distribuidos en los tejidos animales ya sea disueltos en humores orgánicos o en complejas moléculas con diversas funciones.
Los hidratos de carbono cumplen dos papeles fundamentales en los seres vivos. Por un lado son moléculas energéticas de uso inmediato para las células (glucosa) o que se almacenan para su posterior consumo (almidón y glucógeno). Por otra parte, algunos polisacáridos tienen una importante función estructural ya que forman parte de la pared celular de los vegetales (celulosa) o de la cutícula de los artrópodos.
Por otro lado, los hidratos de carbono se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir que son compuestos con una función aldehído o cetona y varias funciones alcohólicas. También se consideran glúcidos las sustancias que originan esos polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas cuando son sometidas a hidrólisis.
Funciones principales:
- Estructural: Esta se desarrolla allá donde se necesiten matrices hidrofílicas capaces de interaccionar con medios acuosos, pero constituyendo un armazón con una cierta resistencia mecánica.( Como la celulosa en las plantas, quitina en los invertebrados y hongos, etc.)
- Fuente de energía: representan en el organismo el combustible de uso inmediato ya que interaccionan con el agua más fácilmente que otras moléculas combustible como pueden ser las grasas. (La combustión de 1 g de hidrato de carbono produce unas 4 Kcal).
- Reserva de energía: transformándose en glucógeno en los animales y en almidón en los vegetales; la utilización posterior de la energía almacenada se produce mediante las enzimas, que descomponen los hidratos de carbono para que el organismo los transforme en calorías.
- Hay muchas glicoproteínas y glicolípidos que son receptores celulares y representan una señal de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células en superficie
Clasificación según la complejidad de la molécula:
-Monosacáridos o azúcares simples: Formados por un polihidroxialdehido o polihidroxicetona. Se obtienen como cristales de color blanco y son solubles en agua (hidrosolubles). Tiene un sabor dulce .El mayor representante es la glucosa.
-Oligosacáridos: Unión de dos a diez monosacáridos que pueden ser separados por hidrólisis. Según el número de unidades que lo componen se denomina disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc. En estado cristalino son solubles en agua y poseen sabor dulce.
-Polisacáridos: Son moléculas de gran tamaño, constituidas por la unión de numerosos monosacáridos dispuestos en cadenas lineales o ramificadas.En general son compuestos amorfos, insolubles en agua e insípidos.
¿Qué son los monosacáridos y cómo se clasifican?
2) Los monosacáridos son azúcares simples que responden a la definición de polihidroxialdehidos (aldehídos polialcoholes) o polihidroxicetonas (cetonas polialcoholes). Son sustancias reductoras, particularmente en medios alcalinos. Los grupos aldehído o cetona son responsables de esta propiedad. (Algunas reacciones de reconocimiento de monosacáridos utilizadas en el laboratorio, aprovechan esa capacidad reductora).
Se obtienen como cristales de color blanco , solubles en agua. Tiene un sabor dulce. El mayor representante es la glucosa.
Los más simples son triosas, de las cuales existen una aldotriosa (gliceraldehído) y una cetotriosa (dihidroxiacetona).
Se clasifican según el grupo químico que posee (es decir, si es un aldehído tendrá el prefijo “ald-” y si es una cetona tendrá el prefijo “cet-”). A esto se suma el número de carbonos (por ejemplo, si poseen 6 se lo denomina “hex-”). Además, se agrega la terminación “-osa”. Por lo tanto, ejemplos de esto serían: Aldohexosa o Cetohexosa.
Respecto de cada uno de los siguientes monosacáridos:
Glucosa - Fructosa - Galactosa
3) Glucosa: Monosacárido de 6 carbonos, que tiene un aldehído en el extremo (aldohexosa). También es llamada dextrosa por sus propiedades dextrorrotatorias. Es el monosacárido más abundante y de mayor importancia fisiológica. Generalmente cicla en forma piranosa (no furanosa). Posee una forma alfa y una beta que difieren en su índice de rotación específica.
a) Esquematice su estructura química.
b) ¿Es una molécula reductora?
Sí, es una molécula reductora ya que el carbono anomérico se encuentra libre para unirse a otro elemento.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
Se encuentra en frutos maduros, sangre, líquido del ojo, en la miel, humores orgánicos de los vertebrados, entre otros.
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Sus funciones son: Fuente primaria de síntesis de energía de las células, mediante su oxidación catabólica, y es el componente principal de polímeros de importancia estructural como la celulosa y de polímeros de almacenamiento energético como el almidón y el glucógeno.
Su importancia biológica es ser fuente energética y el principal combustible celular, además de ser el monómero de polisacáridos (almidón, glucógeno, celulosa, etc) y disacáridos de interés (sacarosa y lactosa).
Galactosa: Es menos dulce que la glucosa. Se la clasifica como aldohexosa. Presenta forma cíclica piranosa y posee una forma alfa y una beta
a) Esquematice su estructura química.
b) ¿Es una molécula reductora?
Es una molécula reductora ya que todos los monosacáridos son reductores debido a que tienen el carbono anomérico libre para poder unirse a otro elemento.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
Excepcionalmente se encuentra libre en la naturaleza. Comúnmente se asocia a moléculas más complejas. Por ejemplo, junto con la glucosa, conforma la lactosa (azúcar de la leche)
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Función: es necesaria para la actividad de las células cerebrales, especialmente para los cerebrósidos. Forma parte de la lactosa de la leche y precisamente por eso se encuentra en las glándulas mamarias para así poder formar parte de la leche materna.
La importancia biológica es formar parte del azúcar de la leche que forma parte del alimento de todos los mamíferos lactantes en la primera etapa de su vida (la leche).
Fructosa: Es una cetohexosa. También es llamada levulosa por sus propiedades levorrotatorias. Tiene un gran poder edulcorante, propiedad por la cual es utilizada en bebidas carbonatadas y golosinas. Cicla en forma furanosa generalmente. Presenta las formas alfa y beta
a) Esquematice su estructura química.
b) ¿Es una molécula reductora?
Es una molécula reductora ya que todos los monosacáridos lo son. Además al establecerse un anillo pentagonal, la función cetona del carbono 2 es “potencial”, lo que permite las propiedades reductoras de la misma.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
Se encuentra libre en frutos maduros, miel, otros órganos vegetales, etc.
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Función: Aporte energético celular. (Se convierte en glucosa en el hígado)
Su importancia biológica radica en que es el combustible metabólico de las células (Fuente de energía del organismo). Además debe destacarse su rol en la formación de la sacarosa (conformar esta podría ser una de sus funciones también).
4)¿Qué son los disacáridos?
Los disacáridos son los oligosacáridos de mayor importancia biológica. Están compuestos por la unión de dos monosacáridos (generalmente hexosas) que pueden ser separados por hidrólisis. El enlace que se establece entre las dos unidades de monosacáridos recibe el nombre de enlace glucosídico y consiste en la unión de dos grupos –OH (hidroxilo) con pérdida de una molécula de agua. Este enlace se forma entre un carbono (llamado anomérico) del primer monosacárido y cualquier otro del segundo.
Las propiedades de los disacáridos son semejantes a las de los monosacáridos: son sólidos cristalinos de color blanco, sabor dulce y solubles en agua. Unos pierden el poder reductor de los monosacáridos y otros lo conservan.
Estos no son utilizados como tales en el organismo, sino que éste los convierte en glucosa. En este proceso participa una enzima específica para cada disacárido, lo rompen y quedan los monosacáridos que lo forman.
5) Respecto de cada uno de los siguientes disacáridos:
Sacarosa - Maltosa – Lactosa
Sacarosa: Unión de glucosa y fructosa. Es el azúcar común/ de mesa
a)Esquematice su estructura química e indique qué tipo de unión posee.
En esta unión se unen (valga la redundancia) los dos carbonos anoméricos. Si se lo mira desde el punto de vista de la glucosa la unión es α C1-C2 y si se lo ve desde el punto de vista de la fructosa es β C2-C1.
b) ¿Es una molécula reductora?
No, no es una molécula reductora ya que no tiene carbono anomérico libre.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
Se encuentra en la remolacha y la caña de azúcar
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Su función como ocurre con el resto de los disacáridos es que de esta puede obtenerse glucosa (ya que esta es un componente de la sacarosa) que es el principal combustible celular.
La importancia biológica es ser la forma de transporte de energía en vegetales.
Maltosa: Unión de dos glucosas. Las glucosas que la conforman ciclan en forma de piranosa. Se obtiene por hidrólisis de polisacáridos
a)Esquematice su estructura química e indique qué tipo de unión posee.
Posee un enlace glucosídico del tipo α C1-C4
b) ¿Es una molécula reductora?
Si, es una molécula reductora ya que en uno de sus extremos la primera glucosa posee un carbono anomérico libre para unirse a otra molécula, que en este caso se trata de otra glucosa.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
No se encuentra libre en los alimentos, sólo forma parte de polisacáridos de reserva de los que este se obtiene por hidrólisis. Se puede extraer de granos de cereal, que son ricos en almidón.
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Su función como ocurre con el resto de los disacáridos es que de esta puede obtenerse glucosa (ya que esta es un componente de la maltosa) que es el principal combustible celular.
No tiene importancia biológica.
Lactosa: Unión de galactosa y glucosa. Cicla en forma piranosa
a)Esquematice su estructura química e indique qué tipo de unión posee.
El tipo de unión que posee es de β C1-C4
b)¿Es una molécula reductora?
Si, es una molécula reductora ya que en uno de sus extremos la galactosa posee un carbono anomérico que quedó libre para unirse a otra molécula, que en este caso se trata de la glucosa.
c) ¿Dónde se encuentra (fuentes)?
Se encuentra en la leche y en los derivados lácteos como el yogurt, el dulce de leche, etc.
d) ¿Cuál es su función e importancia biológica?
Se puede decir que su función es que gracias a sta puede obtenerse la glucosa (principal combustible celular) y la galactosa necesaria para la actividad de las células cerebrales.
La importancia biológica es la lactancia, es muy importante en el primer tiempo de vida de los mamíferos para la nutrición de los individuos lactantes.
6)¿Qué son los polisacáridos y cómo están compuestos químicamente?
Los polisacáridos son sustancias más complejas que los monosacáridos y los oligosacáridos. Están constituidos por numerosas unidades de monosacáridos , unidas entre sí por enlaces glicosídicos. Algunos de ellos son polímeros de un solo tipo de monosacáridos y son denominados homopolisacáridos , mientras otros dan por hidrólisis más de una clase de monosacáridos , denominados heteropolisacáridos . Todos son denominados genéricamente glicanos (compuestos amorfos , blancos ,insípidos , no reductores. Pertenecen a las macromoléculas ).
Los homopolisacáridos: para denominarlos se le agrega el sufijo ano al nombre del monosacárido constituyente .
El tamaño de la molécula de estos polímeros no es constante como el de las proteínas.
dentro de este grupo los más importantes son: el almidón , el glucógeno y la celulosa
Con respecto a los heteropolisacáridos podemos decir que dan ,por hidrólisis, más de un tipo de monosacáridos o derivados de monosacáridos. Se suelen asociar a proteínas formando grandes complejos moleculares.
7) ¿Qué es la celulosa, cuál es su origen y su ubicación celular? ¿Cuál es su función
biológica? ¿Qué tipo de unión posee?
La celulosa (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200, es un polímero natural que se encuentra, mayoritariamente, en las paredes celulares de los vegetales otorgándole estructura a las plantas, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacáridos. También podemos decir que es un homopolisacárido de glucosas. La estructura de la celulosa se forma por la unión de moléculas de ß-glucosa a través de enlaces ß-1,4-glucosídico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas de glucosa unidas, haciéndolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales, dándoles así la necesaria rigidez. Además podemos decir que según su origen presentan un aspecto diverso y son más o menos atacables por diversos reactivos ya que todas tienen la misma composición, producen los mismos derivados de sustitución y los mismos productos de hidrólisis de degradación .
Sus funciones son:
- Ayudar en la parte estructural de la planta, ya que forma tejidos de sostén y es el componente principal de las paredes celulares vegetales.
- Facilita la digestión y ayuda con el estreñimiento al mezclarse con las heces, ya que si no se mezclan con esos haces los animales no pueden utilizar la celulosa como fuente de energía, de modo que no cuentan con la celulasa, la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos.
- En el aparato digestivo de los rumiantes (pre-estómagos), de otros herbívoros y de termitas, existen microorganismos, muchos metanógenos, que sí poseen la celulasa y logran romper el enlace β-1,4-glucosídico y cuando este polisacárido es hidrolizado quedan disponibles las moléculas de glucosas como fuente de energía.
Los enlaces que posee son β-1,4-glucosídico (el cual es muy rígido, lo que contribuye a que sea difícil de digerir)
8) Escriba un párrafo que compare (similitudes y diferencias) el almidón y el glucógeno
según los diversos criterios que considere pertinentes.
En cuanto a las similitudes entre almidón y glucógeno encontramos:
- Ambos son homopolisacáridos, ya que están formados por cientos de moléculas de monosacáridos de un solo tipo, la glucosa, unidas por enlaces glucosídicos.
- Ambos son polisacáridos y actúan como reservorio energético en el organismo.
En cuanto a las diferencias entre el almidón y el glucógeno encontramos:
- El glucógeno es la reserva de glucosa de las células animales se encuentra generalmente en el hígado y músculos mientras que el almidón es la reserva nutricional de las plantas, abunda en los granos y semillas (sobre todo en cereales, papa y ciertas legumbres).
- Las ramificaciones del almidón están separadas entre sí por unas diez unidades de glucosa y cuando se calienta en agua forma soluciones de gran viscosidad (geles estables), pero en el caso del glucógeno las ramificaciones están separadas por menos de diez unidades de glucosa, lo que da como resultado una estructura muy compacta que no permite la formación de geles.
- El almidón está compuesto por la amilosa (almidón no ramificado) que consiste en una serie de unidades de glucosa unidas por enlaces α C1-C4 y por la amilopectina (almidón ramificado) que tiene un enlace α C1-C6 cada treinta enlaces. Mientras que el glucógeno es solo un polímero ramificado de glucopiranosas unidas mediante enlaces α C1-C4 que, cada 10 unidades aproximadamente, tiene una ramificación α C1-C6 (es semejante a la amilopectina pero más ramificada)
9) ¿Qué es la glucemia y cuál es su importancia biológica?
La glucemia es la medida de concentración de glucosa libre en la sangre, suero o plasma sanguíneo.
Muchas hormonas están relacionadas con el metabolismo de la glucosa, entre ellas la insulina y el glucagón (ambos secretados por el páncreas), la adrenalina (de origen suprarrenal), los glucocorticoides y las hormonas esteroides(secretadas por las gónadas y las glándulas suprarrenales).
Los niveles de glucemia, en los seres humanos, deben mantenerse entre unos valores relativamente estables, estos son en ayuno, los niveles normales de glucosa oscilan entre 70 y 110 mg/dL. Cuando la glucemia es inferior a este umbral se habla de hipoglucemia; cuando se encuentra entre los 100 y 125 mg/dL se habla de glucosa alterada en ayuno, y cuando supera los 110 mg/dL se alcanza la condición de hiperglucemia. Constituye una de las más importantes variables que se regulan en el medio interno (homeostasis).
