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En los organismos vivos, los carbohidratos se usan casi
universalmente como fuente de energía inmediata. Sin embargo, para muchos
organismos, como plantas y hongos, así como en los propios animales también
tienen funciones estructurales. Los carbohidratos pueden existir como monómeros
de sacáridos (azúcar) o como polímeros de sacáridos o polisacáridos.
Típicamente, la glucosa de azúcar es un monómero común de polímeros de
carbohidratos. El término carbohidrato puede referirse a una sola molécula de
azúcar (monosacárido), dos moléculas de azúcar unidas (disacárido) o muchas
moléculas de azúcar unidas (polisacárido).
Figura 31. Diferentes modelos
moleculares para una misma sustancia. Existen muchas formas de
representar una fórmula química, las tres primeras representan a la glucosa
linealmente, siendo las más empleada la tercera, llamada fórmula de esqueleto,
donde los carbonos se asumen implícitamente en las aristas. La cuarta fórmula
se llama hemiacetal y representa la configuración más común de la glucosa, como
anillo.
En los organismos vivos, los carbohidratos se usan casi
universalmente como fuente de energía inmediata. Sin embargo, para muchos
organismos, como plantas y hongos, así como en los propios animales también
tienen funciones estructurales. Los carbohidratos pueden existir como monómeros
de sacáridos (azúcar) o como polímeros de sacáridos o polisacáridos.
Típicamente, la glucosa de azúcar es un monómero común de polímeros de
carbohidratos. El término carbohidrato puede referirse a una sola molécula de
azúcar (monosacárido), dos moléculas de azúcar unidas (disacárido) o muchas
moléculas de azúcar unidas (polisacárido).
Debido a que los monosacáridos tienen una sola molécula de
azúcar, también se conocen como azúcares simples. Un azúcar simple puede tener
una cadena principal de carbono que consta de tres a siete carbonos. Los
monosacáridos y los carbohidratos en general, a menudo poseen muchos grupos
funcionales (—OH) polares, que los hacen solubles en agua. En un
entorno acuático, como el que se encuentra dentro de nuestras células, los
carbohidratos a menudo forman una estructura similar a un anillo, como se puede
ver mediante el examen de la fórmula estructural de la glucosa.
Glucosa
La glucosa, con seis átomos de carbono, tiene una fórmula
molecular de C6H12O6. La glucosa
tiene dos isómeros importantes, llamados fructosa y galactosa, pero aun así,
generalmente pensamos en la glucosa cuando vemos la fórmula C6H12O6
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Los organismos fotosintéticos, como las plantas y las
bacterias, fabrican glucosa usando energía del sol. Esta glucosa se usa como la
fuente de energía inmediata preferida para casi todos los tipos de organismos.
En otras palabras, la glucosa tiene un papel central en las reacciones de
energía de las células.
Ribosa y desoxirribosa
La ribosa y la desoxirribosa, con cinco átomos de carbono,
son importantes porque se encuentran en los ácidos nucleicos ARN y ADN,
respectivamente. El ARN y el ADN se discuten más adelante en esta sección.
Galactosa
La galactosa es un azúcar simple o monosacárido formado por
seis átomos de carbono o hexosa, que se convierte en glucosa en el hígado como
aporte energético. Además, forma parte de los glucolípidos y las glucoproteínas
de las membranas celulares, sobre todo de las neuronas.
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La diferencia de la galactosa y la glucosa es la
organización espacial de uno de los grupos funcionales hidroxilo. Aunque el
cambio parece ser superficialmente mínimo, a nivel celular es radicalmente
importante.
Fructosa
La fructosa, o levulosa, es un tipo de azúcar encontrado en
los vegetales, las frutas y la miel. Es un monosacárido con la misma fórmula
empírica que la glucosa, C6H12O6
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El disacárido llamado sacarosa o azúcar común está formado
por la unión de una molécula de fructosa y otra molécula de glucosa. Este
disacárido puede romperse fácilmente por hidrólisis, liberando las dos
moléculas constituyentes. Si este proceso se lleva a cabo en la industria, la
mezcla resultante se llama azúcar invertido.
Un disacárido contiene dos monosacáridos unidos por una
reacción de síntesis de deshidratación. Algunos disacáridos comunes son
maltosa, sacarosa y lactosa.
Maltosa
La maltosa es un disacárido que contiene dos subunidades de
glucosa. La elaboración de la cerveza depende de la maltosa, generalmente
obtenida de la cebada.
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Durante la producción de cerveza, la levadura descompone la
maltosa y luego utiliza la glucosa como fuente de energía en un proceso llamado
fermentación. Un producto de desecho de esta reacción es el alcohol etílico,
responsable de los efectos narcotizantes de las bebidas alcohólicas.
Sucrosa/sacarosa
La sacarosa, un disacárido adquirido de la remolacha
azucarera y la caña de azúcar, es de especial interés porque la usamos como
edulcorante “endulzante”. Nuestros cuerpos digieren la sacarosa en sus dos
monómeros, glucosa y fructosa. Más tarde, la fructosa se convierte en glucosa,
nuestra fuente de energía habitual. Si el cuerpo no necesita más energía en
este momento, la glucosa se puede metabolizar a la grasa. Mientras que la
glucosa es la fuente de energía de elección para las células animales, la grasa
es la forma de almacenamiento de energía primaria del cuerpo. Es por eso que
comer muchos postres azucarados puede hacerte subir de masa y, por ende, de
peso.
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Muchas bebidas comerciales, incluidas muchas bebidas de
cola, contienen jarabe de maíz con alto contenido de fructosa (HFCS por sus
siglas en inglés). En la década de 1980, se desarrolló un método comercial para
convertir la glucosa en jarabe de maíz en fructosa con un sabor mucho más
dulce. Los nutricionistas no están a favor de comer alimentos altamente
procesados que sean ricos en sacarosa, HFCS y almidones blancos. Dicen que
estos alimentos proporcionan calorías "vacías", lo que significa que,
aunque suministran energía, no suministran ninguna de las vitaminas, minerales
y aceites necesarios en la dieta. Por el contrario, los alimentos mínimamente
procesados proporcionan glucosa, almidón y muchos otros tipos de moléculas
nutritivas.
Lactosa
La lactosa es un disacárido que se encuentra comúnmente en
la leche. La lactosa contiene una molécula de glucosa combinada con una
molécula de galactosa.
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Las personas que son intolerantes a la lactosa pueden saborearla, pero no pueden descomponer al disacárido lactosa. El disacárido se mueve a través del tracto intestinal sin digerir, donde las bacterias intestinales normales lo utilizan como fuente de energía con una consecuente liberación de gases. Los síntomas de la intolerancia a la lactosa incluyen dolor abdominal, gases, hinchazón y diarrea.
Los polisacáridos son polímeros de monosacáridos,
generalmente glucosa. Algunos tipos de polisacáridos funcionan como moléculas
de almacenamiento de energía a corto plazo porque son mucho más grandes que un
monosacárido y son relativamente insolubles. Los polisacáridos no pueden pasar
fácilmente a través de la membrana plasmática y se mantienen (almacenan) dentro
de la célula.
Almidón
Las plantas almacenan glucosa en forma de almidón. Por
ejemplo, las células de una papa contienen gránulos de almidón, que actúan como
un lugar de almacenamiento de energía durante el invierno para crecer en la
primavera. El almidón existe en dos formas: una no ramificada y la otra
ligeramente ramificada.
Glucógeno
Los animales almacenan la glucosa como glucógeno, que es más
ramificado que el almidón. La ramificación somete a un polisacárido a más
ataques por enzimas hidrolíticas; por lo tanto, la ramificación hace que un
polisacárido sea más fácil de descomponer. El almacenamiento y la liberación de
glucosa de las células hepáticas están controlados por hormonas, como la
insulina.
Celulosa
Algunos tipos de polisacáridos funcionan como componentes
estructurales de las células. Un ejemplo es la celulosa, que es la más
abundante de todos los carbohidratos. Las paredes celulares de plantas y algas contienen
celulosa y, por lo tanto, se pueden encontrar en todos los tejidos de una
planta. Muchos productos comerciales, desde madera hasta papel, están hechos de
celulosa. Los enlaces que unen las subunidades de glucosa en la celulosa son
diferentes de los encontrados en el almidón y el glucógeno. Como resultado, la
molécula no tiene espiral o tiene ramas. Las largas cadenas de glucosa se
mantienen paralelas entre sí mediante enlaces de hidrógeno para formar
microfibrillas fuertes, que se agrupan en fibras. Las fibras se entrecruzan
dentro de las paredes de las células de la planta para una mayor resistencia.
La estructura de enlace diferente significa que los sistemas digestivos de los
animales no pueden hidrolizar la celulosa, pero algunos microorganismos tienen
esta capacidad. Las vacas y otros rumiantes tienen una bolsa interna llamada
rumen, donde los microorganismos descomponen la celulosa en glucosa. En los
humanos, la celulosa tiene el beneficio de servir como fibra dietética, que
mantiene la eliminación regular y la salud del sistema digestivo, aunque debido
a nuestro apéndice diminuto, somos incapaces de emplearla como fuente de
energía.
La fibra, se compone principalmente de los carbohidratos no
digeribles que pasan a través del sistema digestivo. La mayoría de fibra se
deriva de los carbohidratos estructurales de las plantas. Estos incluyen
materiales tales como celulosa, pectinas y lignina. La fibra no es realmente un
nutriente, ya que no lo usamos directamente para la energía o la construcción de
células, pero es un componente extremadamente importante de nuestra dieta. La
fibra no solo agrega volumen al material en los intestinos, lo que hace que el
colon funcione normalmente, sino que también une muchos tipos de sustancias
químicas nocivas en la dieta, incluido el colesterol, y evita que se absorban.
Hay dos tipos básicos -insoluble y soluble. La fibra soluble se disuelve en el
agua y actúa en la unión del colesterol. El fibra soluble se encuentra en
muchas frutas, así como en los granos de avena. La fibra insoluble proporciona
volumen al material fecal y se encuentra en salvado, nueces, semillas y
alimentos integrales.
Quitina
La quitina es un polímero de moléculas de glucosa. Sin
embargo, en la quitina, cada subunidad de glucosa tiene un grupo amino (—NH2)
unido a ella. Dado que los grupos funcionales unidos a las moléculas orgánicas determinan sus
propiedades, la quitina es químicamente
diferente de otros polímeros
de glucosa, como la celulosa, a pesar de que el enlace entre las moléculas de
glucosa es muy similar. La quitina se encuentra en una variedad de organismos,
incluidos animales y hongos. En animales como insectos, cangrejos y langostas,
la quitina se encuentra en el esqueleto externo o exoesqueleto. A pesar de que
la quitina, al igual que la celulosa, no es digerible para los humanos, todavía
tiene muchos buenos usos. Las semillas están cubiertas con quitina, y esto las
protege del ataque de los hongos del suelo. Debido a que la quitina también
tiene propiedades antibacterianas y antivirales, se procesa y utiliza en
medicina como material para vendaje y sutura. La quitina es incluso útil
durante la producción de cosméticos y diversos alimentos.
Heparina
La heparina es un polisacárido que no tiene función ni
estructural ni energética, los pulmones de los vertebrados la sintetizan para
evitar la coagulación de la sangre en los capilares o alveolos cuando se da un
trauma pulmonar, este coagulante permite que el flujo de sangre continúe y de
este modo también lo haga el intercambio de gases. Existen muchos otros
polisacáridos complejos, muchos de ellos hacen parte de las paredes celulares
de bacterias y hongos debido a su dificultad para ser biodegradados, y al hecho
de que forman estructuras resistentes pero flexibles, con propiedades semejantes
a los plásticos fabricados por el ingenio humano
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