INTRODUCCIÓN A Lo largo de este trabajo revisaremos uno de los compuestos de mayor importancia biológica, que son los carbohidratos o también llamados hidratos de carbono, que pertenecen a compuestos que estructuran la materia viva y orgánica. Estas sustancias según la teoría del químico y biólogo ruso, Alexander Oparin, se formaron desde que en la tierra comenzó a nacer la vida; esta teoría supone dos etapas: • Formación de las sustancias orgánicas simples: a medida que la tierra se fue enfriando, los gases atmosféricos fueron retenidos por la fuerza de gravedad. El oxígeno no existía, pero tanto en el aire como en la tierra, ocurrían múltiples reacciones químicas que formaban nuevos productos; las abundantes lluvias, haciendo contacto con la tierra y el aire fueron arrastrando dichos gases contenidos en la atmósfera, formando un medio adecuado para nuevas reacciones químicas. En lagos y mares, mientras tanto, se formaban compuestos básicos para la organización química de los seres vivos, los cuales son: aminoácidos, monosacáridos, bases nitrogenadas y ácidos grasos. • Formación de sustancias orgánicas más complejas: con el correr del tiempo, dichos compuestos reaccionaron entra sí para formar moléculas más complejas: al unir diez aminoácidos o miles dieron origen a las proteínas que son la base estructural de la vida; al juntar 2000 ó 3000 unidades de monosacáridos se formaron los hidratos de carbono, al reaccionar entre tres ácidos grasos con glicerina se dio origen a los lípidos; también se formaron los ácidos nucleicos. El término carbohidrato es un nombre muy antiguo que se le dio por el hecho de que al calentarlas producían agua y un residuo negro de carbón, lo que erróneamente llevo a concluir que se trataba de hidratos de carbono; hoy reciben el nombre de glúcidos, ya que hace referencia a su propiedad principal que es la de ser dulces. Ellos están ampliamente distribuidos en vegetales y animales, donde desempeñan funciones estructurales y metabólicas, pero se encuentran en mayor proporción en los vegetales que en los animales. Abordaremos los temas relacionados a su composición, clasificación, estructura, metabolismo, derivados, importancia en el organismo, alimentos y su acción, y una sección especialmente dedicada a su aplicación industrial en el campo de las actividades humanas. Esperamos que todo el contenido del trabajo supere las expectativas propuestas por el profesor y que también nos ayude a comprender el cómo nos organizamos, nosotros los seres vivos. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS GLÚCIDOS. A ntes de empezar es conveniente destacar que son poli alcoholes con una función aldehído o cetona en sus derivados, o sustancias que por hidrólisis o ruptura por medio de agua, producen tales compuestos. Es conveniente que aclaremos el concepto de alcoholes, aldehídos y cetona, que pertenecen a los llamados grupos funcionales; grupo de átomos que organizan los compuestos orgánicos, teniendo como base al carbono que juega un rol fundamental. Así como usamos 28 letras del alfabeto para escribir millones de palabras y con ellas millones de libros, de la misma forma se unen con otros átomos para formar una gran variedad de compuestos orgánicos distintos. La estructura de todos los seres vivos, cuya proliferación parece no agotarse sobre la faz de nuestro planeta. 1

Dicho carbono forma compuestos que son muy estables en las condiciones de la tierra, pero si estas variaran se podrían ocasionar graves alteraciones en los sistemas biológicos, ya que cómo anteriormente hemos dicho, es él quien forma parte importante dentro de la estructura fundamental de los seres vivos. Forma parte de un ciclo importantísimo de vida, ya que son las plantas quienes lo captan en la fotosíntesis, incorporándolo a su organismo que más tarde formará parte del nuestro mediante las cadenas tróficas vitales. Nosotros consumidores en esta cadena, lo adicionamos a nuestro organismo mediante el consumo de los productores cómo las plantas. La presencia de estos grupos funcionales le confieren un comportamiento químico singular a cada compuesto; a continuación analizaremos los grupos funcionales que confieren las distintas características a los carbohidratos: Algunos grupos funcionales biológicamente importantes Grupo Nombre Importancia biológica − OH Hidroxilo Polar, y por esta razón soluble en agua; forma puentes de hidrógeno Ácido débil (dador de hidrógeno); cuando pierde un ion hidrógeno adquiere carga negativa: − C=O I Carboxilo − C=O OH I O− + H+ Base débil (aceptor de hidrógeno); cuando acepta un ion hidrógeno adquiere carga positiva: −N−H I H

H I − C=O − C=O I H I −C−H I H

Amino

H I − N+ − H I H

Aldehído

Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a algunos azúcares

Cetona (o carbonilo)

Polar, y por esta razón soluble en agua; caracteriza a otros azúcares

Metilo

Hidrofóbico (insoluble en agua)

O II − P − OH Fosfato I OH

Ácido (dador de hidrógeno); en solución presenta habitualmente carga negativa: O II − P − O− + 2H+ I O−

• LOS ALCOHOLES: todos los alcoholes contienen el grupo hidroxilo, −OH. Se producen biológicamente por la fermentación de azúcar o almidón. En ausencia de oxígeno, las enzimas 2

presentes en los cultivos bacterianos o en la levadura catalizan la reacción: C6 H12 O6 enzima 2CH3CH2OH(ac) + 2CO2 (g) Este proceso desprende energía, que los microorganismos, a su vez, usan para su crecimiento y para otras funciones. El más conocido de los alcoholes es el etanol, quien tiene incontables propiedades cómo disolvente de compuestos orgánicos y cómo materia prima en la elaboración de colorantes, fármacos, cosméticos, explosivos, etc. También es un constituyente familiar de bebidas. El etanol es el único de los alcoholes de cadena lineal inocuo; nuestros cuerpos producen una enzima llamada alcohol− deshidrogenasa, que ayuda a metabolizar el etanol oxidandolo en acetaldehído. En general, los alcoholes confieren propiedades de solubilidad en agua y por supuesto en mezclas acuosas (polares); junto con formar puentes de hidrogeno, enlaces débiles que permiten una estructura flexible, lo cual presta utilidad a glúcidos que pertenecen a membranas celulares, dónde deben tener una cierta flexibilidad, pero manteniendo su estructura. • ALDEHÍDOS Y CETONAS: En condiciones de oxidación suave podemos obtener estos grupos funcionales. El carbonilo es el grupo funcional de estos compuestos −C=O. La diferencia entre aldehídos y cetonas es que en los aldehídos hay por lo menos un átomo de hidrogeno enlazado al átomo de carbono del grupo carbonilo, mientras que en las cetonas no hay átomos de hidrogeno enlazados a este átomo de carbono. En general dan la propiedad de ser solubles en agua y por ende polares. Constituyen la principal característica de los azúcares, ya que se observa que en sus derivados tienen alguna de estas funciones llamándose en el caso de tener aldehídos, ALDOSAS, y en el caso de tener cetonas, CETOSAS. Cabe destacar que en el caso de algunos monosacáridos derivados, en los cuales se les ha cambiado una función original por otra, se incorporan nuevos grupos funcionales tales como: • AMINAS: son las bases orgánicas. Tienen la fórmula general −NH2 . Estas sales por lo general pueden ser sólidas incoloros e inodoros. Es en sí una base débil que acepta hidrógeno y cuando sucede ello adquiere carga positiva. • ACIDO CARBOXÍLICO: En condiciones apropiadas, tanto aldehídos cómo alcoholes se pueden oxidar dando origen a los ácidos carboxílicos. Su fórmula es −COOH. Ellos abundan en la naturaleza: se encuentran tanto en el reino animal cómo en el vegetal. Componen particularmente los ácidoazúcares, en los monosacáridos derivados. Elementalmente están constituidos por loe elementos CARBONO, HIDROGENO Y OXIGENO en una relación proporcional de 1:2:1, dónde no debe faltar él hidrogeno. Estos a su vez están distribuidos estructuralmente por los grupos funcionales anteriormente nombrados. CLASIFICACIÓN Y ESTRUCTURA. Los Hidratos de carbono se pueden clasificar según: • Según número de carbonos: cada glúcido corresponde básicamente a un esqueleto de carbonos y de acuerdo a su cantidad se les denomina: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas, etc. • Según el grupo funcional químico: • ALDEHIDO: Azúcares derivados de este grupo se les llama ALDOSA. • CETONA: Azúcares derivados de este grupo se les llama CETOSAS. • Según el número de cadenas de carbono: • UNA: monosacáridos. • DOS: disacáridos− 3

• TRES: trisacáridos. • MAS DE TRES O MILES: olisacáridos. A su vez: • MONOSACARIDOS: son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrilizados en moléculas más sencillas. Pueden subdividirse en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas, etc., dependiendo de la cantidad de cantidad de átomos que contengan; y cómo ALDOSAS Y CETOSAS, dependiendo de la cantidad si tienen o no, grupo aldehído o cetona. En la sección derivados daremos plena información sobre todos ellos, incluyendo por supuesto los dos aspectos: cantidad de carbono y grupo funcional que contengan. Conviene destacar que en general son cristalinos, solubles en agua y dulces. • DISACARIDOS: producen dos moléculas del mismo o de diferentes monosacáridos cuando se hidrolizan (romper mediante el uso de agua): ejemplos de estos compuestos son la lactosa, sacarosa, etc. • OLIGOSACARIDOS: son los compuestos que por hidrólisis dan 2 a 10 moléculas de monosacárido. Destacamos que cuando los monosacáridos van de dos a tres cadenas de carbonos son considerados cómo oligosacáridos. • POLISACÁRIDOS: son aquellos carbohidratos que dan al ser hidrolizados, más de 10 moléculas de monosacáridos. Los almidones y las dextrinas son un ejemplo claro de ellas. Según la naturaleza de los monosacáridos a que dan origen por hidrólisis, en ocasiones se les denomina cómo hexosanos (azúcares de 6 átomos) y pentosanos (azúcares de cinco átomos). Tienen cómo característica general la de no tener un sabor azucarado, no ser cristales y no ser solubles en agua. Ellos son en si productos de la actividad fisiológica, que cuando se dispersan en el agua forman sistemas coloidales o suspensiones, que constituye la matriz de protoplasma fundamental. DERIVADOS. MONOSACARIDOS. SIMPLES: • Triosas : con tres carbonos en su estructura. • Gliceraldehído : ALDOSA, encargada de ser intermediaria en el proceso de respiración celular. • Dihidroxiacetona : CETOSA. • Tetrosas : con cuatro carbonos. • Eritrosa : aldosa, que participa en la fotosíntesis. • Eritrulosa : CETOSA, • Pentosas : de cinco carbonos. Comúnmente son cuerpos que se encuentran en el reino vegetal y se forman fijando sobre las pentosanas (polisacáridos que al hidrolizarse producen monosacáridos de cinco átomos de carbono), n moléculas de agua para formar n moléculas de pentosas. • Ribosa : ALDOSA, encargada de formar parte de moléculas mayores tales cómo las coenzimas, quienes son nucleótidos encargados de transferir átomos en reacciones metabólicas ; otra función es la de formar acidos nucleicos, quienes forman los esenciales sistemas genéticos. • Ribulosa : CETOSA, que participa en la fotosíntesis, siendo intermediario de ella. • Desoxirribosa :ALDOSA, encargada de formar ácidos nucleicos, quienes forman los esenciales sistemas genéticos. • Arabinosa : ALDOSA, que deriva de la acción hidratante sobre los ácidos diluidos en goma arábiga o también en la goma de los cerezos y ciruelas. Es importante porque constituye las glucoproteínas, quienes son esenciales para tejidos gangliósidos y cerebrósidos. • Xilosa: ALDOSA, que se encuentra en gomas vegetales y peptidoglucanos. Es un constituyente de las glucoproteínas. • Hexosas : con seis carbonos, se producen por hidrólisis de azúcares de doce o de 18 átomos de carbono. • Glucosa : ALDOSA, fuente principal de combustible celular. Es el azúcar del organismo , que transporta la 4

sangre y que usan los tejidos. La encontramos en el jugo de frutos, o también por hidrólisis de la azúcar de caña, maltosa y la lactosa. • Galactosa : ALDOSA, que es combustible celular. El hígado la puede convertirla en glucosa y en esta forma la metaboliza el organismo. Es sintetizada por las glándulas mamarias para formar lactosa de la leche. Es también constituyente de las glucoproteínas y glucolípidos. • Fructosa : CETOSA, se encuentra asociada en muchos frutos a la glucosa, y tiene un sabor más dulce que ésta. Participa en la respiración celular y constituye otras moléculas cómo polisacáridos. El hígado y el intestino la transforman en glucosa y la usan de esta manera. • Sorbosa : CETOSA, combustible celular. • Heptosas : con siete carbonos. • Sedoheptulosa : CETOSA, participa en la fotosíntesis cómo intermediario. DERIVADOS. • Amino azúcares: corresponden a monosacáridos en los cuales la función de alcohol ha sido reemplazada por un grupo amino. Destacamos que varios antibióticos contienen Amino azúcares y se cree que su actividad está relacionada con su actividad. • Glucosamina: constituyente de un polisacárido complejo llamado quinina, también del ácido hialuronico. • Galactosamina: integra el polisacárido complejo llamado ácido condroitinsulfúrico. • Alcoholazúcares: son aquellos en los cuales la función aldehído o cetona se ha cambiado por un alcohol, eso sí que más reducida. • Sorbitol: derivado de la glucosa. • Glicerol: derivado del gliceraldehído, es importantisímo en constituir lípidos. • Ácidoazúcares: son aquellos en los cuales una función aldehído o alcohol se ha cambiado por un ácido carboxílico. • Vitamina c: esencial en el proceso de prevención de resfríos o enfermedades infecciosas. OLIGOSACÁRIDOS. DISACÁRIDOS. • Maltosa : se obtiene por la digestión con amilasa o la hidrólisis del almidón. Cereales germinantes y la malta. Se compone de dos glucosa con la eliminación de una molécula de agua. Es considerada el azúcar de malta. • Sacarosa : la encontramos en el azúcar de caña y betabel. Sorgo, Piña y zanahoria. Se forma por la unión de la glucosa más fructosa. Constituye el azúcar común. Su deficiencia produce diarrea y flatulencia. • Lactosa : se encuentra en la leche de los mamíferos. Durante el embarazo suele aparecer en la orina. Se forma por la unión entre la glucosa y la galactosa. Constituye el azúcar de la leche. TRISACÁRIDOS. • Rafinosa : se halla en las melazas de remolacha, pudiendo separarse fácilmente porque es muy soluble en metanol. Se forma por la unión entre la glucosa, fructosa y galactosa. POLISACÁRIDOS. SIMPLES • Celulosa : Constituyente principal de las paredes celulares. No es soluble en los solventes ordinarios. No puede ser digerida por numerosos mamíferos, incluso el ser humano. Es fuente importante del volumen en la alimentación. En el intestino de los rumiantes y otros herbívoros, hay microorganismos 5

que pueden atacar el enlace beta que une a las moléculas de celulosa haciéndola accesible para usarse cómo fuente energética importante. Este proceso puede tener lugar a un grado limitado en el colón humano. Industrialmente forma parte del hilo, algodón, y papel en su totalidad. Representa más del 50 % del carbono orgánico en dichos organismos. • Almidón: compuesto que sólo produce glucosa en su hidrólisis, es un homopolímero llamado glucosano o glucano. Constituye la fuente más importante de carbohidratos en los alimentos y se halla en cereales, patatas, legumbres, y otros constituyentes. Las dos constituyentes principales son: amilosa y amilo pectina. El almidón se forma en las hojas de los vegetales, acumulándose en diversos órganos, principalmente en las raíces o en los frutos, constituyendo reservas nutritivas vegetales. Destacamos que cuando procede de en raíces de dalias, alcachofas y del diente de león se llama inulina, Por hidrólisis de él se obtiene fructosa; es fácilmente soluble en agua caliente y se usa en fisiología para determinar la velocidad de filtración glomerular. Cuando el almidón procede de la patata, se llama fécula. • Glucógeno: es el polisacárido que se almacena en el organismo animal, que el caso de humanos se almacena en hígado y músculos. Se forma en los seres vivos, tal cómo los hongos y animales, no asimilan el carbono, de modo análogo a cómo lo hacen los vegetales. Es la macromolécula de reserva energética animal. • Dextranos: sustancias que se producen durante el proceso de desintegración hidrolítica del almidón. Son los primeros productos que se forman cuando la hidrólisis alcanza cierto grado de las ramificaciones. Son la macromolécula de reserva energética bacteriana y también en levaduras. COMPLEJOS. • Quitina: polímero de acetilglucosamina que estructura a los invertebrados. Se halla por ejemplo en el exosqueleto de los crustáceos e insectos. • Pectinas: son polímeros de ácido galacturónico; forman parte de la matriz cementante que rodea las paredes celulares en algunos vegetales. • Hemicelulosa: polímero de xilosa con cadenas laterales de arabinosa. Forman parte de paredes celulares en vegetales. • Ácido hialurónico: presente en la sustancia fundamental del tejido conectivo. Es glucosaminoglucano, que están relacionados con elementos estructurales de los tejidos cómo el hueso, la elastina, y la colágena. • Ácido condroitinsulfúrico: componente principal del cartílago y huesos. Es también un glucosaminoglucano. • Heparina: tiene funciones anticoagulantes. • Mureína o péptidoglucano: forma la estructura básica de las paredes en procariontes. Está compuesto por cadenas paralelas de un polisacárido.CUADRO RESUMEN:

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IMPORTANCIA EN EL ORGANISMO. C ómo ya hemos aprendido en secciones anteriores, los compuestos orgánicos estructuran la materia viva y por ende la unidad estructural y básica de ella, hablamos de la célula. Cada uno de los billones o más de células del ser humano es una estructura viva que puede sobrevivir indefinidamente, y que en la mayoría de los casos, incluso reproducirse si los líquidos que la rodean son lo suficientemente nutritivos. Para comprender la importancia de los glúcidos en el organismo, debemos de antemano comprender que ellos forman parte de la célula y desde allí comenzaremos nuestro viaje al interior de ella para entender cuál es el rol de éstos a nivel celular, tejidos, sistemas y en todo el ser. FUNCIONES GENERALES DE LOS GLÚCIDOS: • Reserva energética primaria en vegetales y animales, especialmente el glucógeno y el almidón. • Servir cómo combustible energético inmediato, especialmente la glucosa. • Estructuran membranas celulares porque se asocian a proteínas y a lípidos de la membrana. 7

• Formar paredes vegetales. • Precursores de moléculas complejas. • Intermediarios de procesos metabólicos importantes, tales cómo la respiración y la fotosíntesis. Si bien la célula se halla en el organismo sumergida en el líquido extracelular y dentro de ella con el líquido intracelular. A nosotros nos interesa el primero, ya que es éste el cual contiene glucosa y otros nutrientes, los cuales se encargan de nutrir a la célula y por tanto al no existir ella la célula moriría. Dicha glucosa proviene del tracto intestinal al absorber los glúcidos disueltos de los alimentos, pero el hígado variará su composición química para que puedan ser manejables por la célula y por supuesto las almacena, en este caso en forma de glucógeno. La glucosa en este medio contribuye a mantener el medio homeostático estable en el organismo. La concentración mínima es 1 gramos por litro de sangre; si la concentración bajase, la persona desarrolla con frecuencia una irritabilidad mental extrema y a veces incluso convulsiones. Ahora bien, los glúcidos también forman parte del protoplasma celular, porción fundamental celular que tiene características coloidales. En ella desempeñan escasa función estructural a no ser que asocien a moléculas glucoproteicas. La mayoría de las células humanas no mantienen grandes cantidades de glúcidos en el organismo, cerca del 1% de su masa total. Este porcentaje aumenta en células musculares con un 3% y en ocasiones con un 6% en los hepatocitos, células del hígado. (glucógeno) En la membrana, forman parte de un 3% de su composición. En ella se hallan invariablemente asociados a proteínas y lípidos, en forma de glucoproteínas y glucolípidos. Las porciones gluco sobresalen prácticamente hacia el exterior de la célula, quedando escondidas por fuera de la superficie celular. Otros muchos compuestos hidrocarbonados denominados proteoglicanos, las cuales son principalmente sustancias hidrocarbonadas unidas por pequeños núcleos proteicos, también se encuentran débilmente anclados a la superficie externa de la célula. Así pues, a lo largo de la superficie externa de la célula suele haber un revestimiento flotante de hidratos de carbono denominado glucocáliz. Las moléculas de hidratos de carbono acopladas a la superficie externa de la célula desempeñan importantes funciones: • Participación en las interacciones de la membrana de una célula con las membranas vecinas. Estas interacciones pueden estar relacionadas con el intercambio de materiales entre dos células, acoplamiento eléctrico, etc. En el caso del acoplamiento eléctrico, es producido porque muchas de ellas están cargadas negativamente, lo cual proporciona a la mayoría de las células una carga global negativa en su superficie que repele otros objetos con carga negativa. • El glucocáliz de algunas células se ancla al glucocáliz de otras, uniendo a éstas entre sí. (Función estructural) • Muchos de los hidratos de carbono actúan cómo receptores de sustancias para captar hormonas cómo la insulina y de este modo activar las proteínas internas, las cuales a continuación activan una cascada en enzimas intracelulares. Todas ellas originando cambios moleculares en la membrana y dando inicio a una variedad de respuestas específicas. • Algunas participan en reacciones inmunitarias., Ya que poseen una participación activa en los mecanismos de reconocimiento celular a nivel inmunitario. TEXTO COMPLEMENTARIO DE LA FUNCIÓN RECEPTORA DE LOS OLIGOSACÁRIDOS. Uno de los aspectos de mayor interés por los científicos es el de saber el cómo responde la célula o más bien el cómo reconoce la presencia de organismo patógenos. La mayor parte del mecanismo de reconocimiento parece estar mediado por dos tipos de moléculas: una lectina (proteína) y un OLIGOSACÁRIDO de la membrana. Varios ejemplos ilustran este hecho. El espermatozoide debe reconocer al óvulo y unirse exclusivamente a él. 8

Para ello contiene una proteína que se une exclusivamente a un OLIGOSACÁRIDO, el cual se encuentra en las capas que envuelven al óvulo. En el caso de los glóbulos blancos, para que ellos ejerzan su acción defensiva frente a posibles infecciones, es necesario que salgan al torrente sanguíneo en el lugar dónde se ha producido la infección. Para ello poseen receptores específicos (lectinas) que se unen a un OLIGOSACÁRIDO de las células que tapizan la zona dañada. De este modo, el glóbulo blanco se fija a la pared del vaso y luego la atraviesa. Dicha unión es también usada en las bacterias y virus para desarrollar una infección. La bacteria cómo la Escherichia coli también utiliza interacciones de este tipo para adherirse al tracto digestivo. Es en sí un mecanismo de interacción muy usado por agentes infecciosos y agentes inmunodefensivos en el organismo. Los glúcidos son sustancias parcialmente reductoras, por lo cual pueden perder electrones y transformarse en moléculas más oxidadas. Cómo consecuencia de dicha oxidación, se desprende energía que se aprovecha para llevar a cabo las funciones biológicas en las que es necesaria. Los sistemas biológicos utilizan para tal fin la glucosa, que en un medio ambiente aerobio (en presencia de oxígeno) es transformada en dióxido de carbono. Se ha observado que también al conformar estructuras fibrosas y al entremezclarse dan consistencia a la estructura en la que se encuentren. (Pared, matriz, etc.). GLÚCIDOS EN LA MEMBRANA

FORMACIÓN DE CADENAS DE GLÚCIDOS.

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METABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS INTRODUCCIÓN: el metabolismo de glúcidos es el mecanismo mediante el cual el cuerpo utiliza azúcar como fuente de energía. Los glúcidos son uno de los tres constituyentes principales del alimento y se encuentran en mayoría en la dieta humana. El metabolismo de los glúcidos forma parte del metabolismo intermediario, que es el destino de los componentes de la dieta después de la digestión y de la absorción. Abarca un extenso campo que, además de describir las vías metabólicas seguidas por las moléculas individuales, intenta comprender sus interrelaciones y los mecanismos que regulan el flujo de los metabolismos a trabes de ellas. Las vías metabólicas pueden clasificarse en tres categorías: • Vías anabólicas: son las que se ocupan de sintetizar los compuestos que constituyen la estructura y maquinaria corporal. Ejemplos de ella son la síntesis de proteínas, glúcidos, lípidos, etc. La energía libre requerida por estos procesos proviene de las vías catabólicas. • Vías catabólicas: realizan procesos de oxidación que producen energía libre, por lo general en forma de fosfatos de alta energía o de equivalentes reductores, por ejemplo la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. • Vías anfibólicas: presentan mas de una función y tienen lugar en las encrucijadas del metabolismo, cuando actúan como enlace entre las vías anabólicas y catabólicas, por ejemplo el ciclo del ácido cítrico. En el metabolismo de los glúcidos, el producto final es un azúcar sencillo, la glucosa, que se puede encontrar tanto en los alimentos como en las diversas estructuras del cuerpo humano. Esta sustancia es el principal combustible que los músculos y otras partes del organismo consumen para obtener energía. Está presente en cada célula casi en cada fluido orgánico. GLUCÓLISIS: todas las células de los mamíferos metabolizan la glucosa a piruvato y lactato por vía de la glucólisis. La glucosa es un sustrato único ya que la glucólisis puede realizarse en ausencia de oxígeno, y el producto final es el lactato. Por otro lado los tejidos que pueden utilizar el oxígeno tienen la facultad de metabolizar el piruvato a acetil−CoA, que puede entrar al ciclo del ácido cítrico para su oxidación completa a CO2 y H2O, con producción de gran cantidad de energía libre como ATP en el proceso de fosforilación oxidativa. Así, la glucosa es el combustible principal de numerosos tejidos. Además, interviene en: • Conversión a su polímero de almacenaje, glucógeno, particularmente en el músculo esquelético e hígado. 10

• La vía de la pentosa fosfato que proviene de intermediarios de la glucólisis. Es una fuente de equivalentes reductores (2H) para la biosíntesis, y es también fuente de ribosa, que se utiliza en la formación de nucleótidos y ácidos nucleicos. • La triosafosfato da origen a la fracción glicerol de los acilgliceroles. • El piruvato y los intermediarios del ciclo de ácido cítrico proporcionan los esqueletos de carbono para la síntesis de aminoácidos y la acetil−CoA es el bloque estructural para los ácidos grasos de cadena larga y para el colesterol, precursor de todos los esteroides sintetizados en el cuerpo. El proceso que produce la glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos, como los lactantes, aminoácidos y glicerol, se denomina glucogénesis. Lo primero que ocurre en la glucólisis es la es la fosforilación de la molécula de glucosa, es decir, la unión de grupos fosfato proporcionados por el ATP, lo que convierte a la glucosa en una sustancia atrapada que no puede atravesar la membrana celular. De este modo, las enzimas del citoplasma pueden modificar su estructura molecular. La glucólisis se realiza en dos fases principales: • En la primera fase, se activa la glucosa, transformándose en dos fragmentos de gliceraldehido−3−fosfato. Esta fase requiere de la energía de activación proporcionada por el ATP. • En la segunda fase, estas dos moléculas de gliceraldehido−3−fosfato son convertidas en ácido pirúvico o piruvato. Durante esta fase se produce más energía de la que se invirtió en la primera fase. Como en la primera fase de la glucólisis se forman dos moléculas de gliceraldehido−3−fosfato por cada molécula de glucosa, todas estas reacciones ocurren por partida doble. Cada uno de los pasos de la glucólisis se encuentra regulado por una enzima determinada y todos ellos ocurren en el citosol. En una ruta metabólica como la glucólisis, el producto de una reacción sirve de sustrato para la reacción siguiente, por lo que el balance neto, sólo comprende las moléculas iniciales y finales: Glucosa + 2ADP + 2PI + 2NAD! 2piruvato + 2ATP + 2NADH2 + 2H2O Esta ecuación nos muestra el resultado de la glucólisis, es decir, la formación de dos moléculas de ATP, o energía útil para la célula, y dos moléculas de una coenzima reducida llamada NADH2. Ésta puede seguir dos caminos diferentes: • Si la respiración es anaeróbica, transfiere los hidrógenos a otras moléculas para cumplir el proceso de fermentación. • Si la respiración es aeróbica, pasa a participar en una compleja cadena de reacciones de la respiración.

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En la glucólisis, por cada molécula de glucosa se producen cuatro moléculas de ATP, pero como en la etapa inicial de fosforilación se gastan dos ATP, el balance neto de la glucólisis es de dos ATP. Un mol de glucosa quemado completamente en una calorímetro produce 686 kilocalorías. Por otra parte, cada mol de ATP contiene aproximadamente 7,6 kilocalorías disponibles para su empleo en la célula, cuando se rompan los enlaces de dicha molécula. Si en la glucólisis, la producción neta es de 2 ATP, quiere decir que este proceso tiene un rendimiento del 11%, con relación al total que podría obtenerse con la oxidación completa de la glucosa; es decir que los productos de la glucólisis sus sustancias que todavía guardan mucha energía química atrapada en sus enlaces. ATP Y ADP: E

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l metabolismo de los glúcidos, así como el de todos los nutrientes, produce energía al romperse las moléculas que las componen. Ésta energía es atrapada y almacenada en la forma de un compuesto fosfatado de alta energía, llamado trifosfato de adenosina, también conocido como ATP. La energía atrapada en este compuesto puede luego ser liberada para efectuar algún tipo de trabajo en regiones específicas de la célula, encontrándose siempre disponible para ello. Luego de liberar la energía, el ATP pasa a un estado descargado, que corresponde a un compuesto llamado di fosfato de adenosina o ADP

DIGESTIÓN, ASIMILACIÓN Y ALMACENAMIENTO: L os glúcidos cómo el almidón, la dextrina, el glucógeno, la sacarosa, la maltosa y la lactosa, se descomponen el tracto digestivo en azúcares simples de seis carbonos, que pasan con facilidad a través de la pared intestinal. La fructosa y la glucosa no se alteran durante la digestión y se absorben cómo tales. Los azúcares de seis carbonos, producto final de la digestión de los glúcidos, atraviesan la pared del intestino delgado a través de los capilares y alcanzan la vena porta que los lleva hasta el hígado, dónde son transformados en forma de glucógeno. El glucógeno está siempre disponible y cuando el organismo lo requiere se convierte en glucosa y se libera al torrente sanguíneo. Uno de los productos finales del metabolismo de la glucosa en los músculos es el ácido láctico, que llevado por la sangre de nuevo al hígado se reconvierte en parte a glucógeno.

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ENZIMAS Y HORMONAS. E sta conversión de glucosa a glucógeno y viceversa está catalizada por diferentes enzimas. La fosforilasa es responsable de la liberación de la glucosa− 1−fosfato a partir del glucógeno. Esta reacción está estimulada por las hormonas adrenalina y glucagón. La glucosa−1−fosfato es transformada por la hexoquinasa en glucosa−6−fosfato que puede ser metabolizada en glucosa libre incorporándose en el torrente sanguíneo. La capacitación de la glucosa por parte de las células se activa por la insulina. La glucosa antes de ser utilizada, se transforma de nuevo en glucosa−6−fosfato, la que puede metabolizarse o bien convertirse en el hígado y los músculos en glucosa−uridina−di fosfato. Esta última forma de glucosa se transfiere al glucógeno en una reacción catalizada por la glucosintetaza y estimulada por la insulina. Las hormonas corticales, hipofisiarias están también implicadas el control del metabolismo de los glúcidos, pero no se conoce su mecanismo de acción.

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ALIMENTOS Y SU ACCIÓN Los glúcidos son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza. Así mismo son la principal fuente energética inmediata del organismo. Pueden ser empleados también como sustancias energéticas de reserva. Existen dos tipos de glúcidos: • Las féculas: que se encuentran principalmente en los cereales, legumbres y tubérculos. • Azúcares: que están presentes en los vegetales y frutas Los glúcidos se queman durante el metabolismo para producir energía, liberando dióxido de carbono y agua y son utilizados por las células en forma de glucosa, que es el principal combustible del cuerpo. Luego de ser absorbida en el intestino delgado, se almacena una parte de ella en el hígado, pero en forma de glucógeno (que es un polisacárido de reserva y equivalente almidón en las células vegetales) y el resto pasa el torrente sanguíneo. La glucosa, junto con los ácidos grasos, forma los triglicéridos, compuestos grasos que se descomponen con facilidad en cetonas combustibles. La glucosa y los triglicéridos son transportados por la corriente sanguínea hasta los músculos y órganos para su oxidación, y las cantidades sobrantes se almacenan como grasa en el tejido adiposo y otros tejidos para ser recuperadas y quemadas en situaciones de bajo consumo de glúcidos. Los glúcidos en los que se encuentra la mayor parte de los nutrientes son los llamados hidratos de carbono complejos, en los que se encuentran: cereales sin refinar, tubérculos, frutas y verduras. Una fuente de glúcidos que entrega una menor cantidad de aportes son los alimentos elaborados con azúcar refinado o elaborado, como son los productos de confitería y las bebidas gaseosas no alcohólicas, que tiene una gran cantidad de calorías, pero una muy baja de nutrientes y aportan una gran cantidad de lo que los especialistas en nutrición llaman calorías vacías. Como dijimos anteriormente, los glúcidos son compuestos que se encuentran abundantemente en la naturaleza, como producto de la fotosíntesis de las células vegetales y otros organismos vivos, como por ejemplo la ribosa, que se encuentra en el núcleo de todas las células animales. Las pentosas, triosas, tetrosas, heptosas, octosas y nonosas también se encuentran en gran cantidad en la naturaleza, sin embargo, son las hexosas las más extendidas y abundantes de ellas. Entre los glúcidos más importantes desde el punto de vista comercial están la glucosa, la lactosa y la maltosa que se usan frecuentemente en la alimentación para bebés. Sin embargo, el más importante es la sacarosa, 15

llamado también azúcar de caña, aunque no proceda de la caña de azúcar. Se utiliza para dar sabor dulce en las comidas y en la fabricación de confites, pasteles, conservas, bebidas alcohólicas y no alcohólicas y muchos otros alimentos. La sacarosa suministra aproximadamente un 13 % de la energía básica que se deriva de los alimentos, pero no son un gran aporte nutritivo. Este glúcido está presente en cantidades limitadas en muchas plantas como palmas y en el arce de azúcar, pero la remolacha azucarera y la caña de azúcar son las únicas fuentes importantes para el comercio. Más de la mitad del suministro mundial de azúcar se obtiene de la caña de azúcar que crece en climas tropicales y subtropicales. El resto procede de la remolacha azucarera, que crece en climas más templados y es la fuente principal de suministro de azúcar en la mayor parte de los países europeos, cultivándose principalmente en Rusia, Ucrania, Alemania, Francia y Polonia. Los principales productores de azúcar a nivel mundial son Brasil, Cuba, Kazajstán, México, India y Australia. Algunos alimentos que contienen glúcidos son: • MIEL: La miel de abeja se compone de glucosa, fructosa y agua, a demás de algunas enzimas y aceites. Este producto tiene un valor energético de 3.307 cal/kg. Absorbe con mucha facilidad la humedad del aire, por lo que se utiliza como agente humidificante para el tabaco y la industria panadera. La glucosa cristaliza la miel a temperatura ambiente, dejando una capa de fructosa disuelta sin cristalizar. Para su comercialización, es calentada por medio de procesos especiales hasta unos 66°C con el fin de disolver los cristales, siendo envasada herméticamente a fin de impedir el proceso de cristalización. La fructosa de la miel fermenta cerca de los 16°C y se usa para fabricar una bebida alcohólica conocida con el nombre de aguamiel o hidromiel. • EDULCORANTES ARTIFICIALES: Es el nombre que se le da a cualquier sustancia sintética que se use para endulzar sin aportar gran cantidad de calorías a los alimentos en los que se le utilice (bebidas, confites, etc.. Normalmente los alimentos se endulzaban con azúcar o miel, pero en la elaboración moderna, se usa una serie de edulcorantes diferentes, que pueden ser de bulto, es decir, en cantidades grandes, similares a las cantidades de azúcar con el fin de sustituirla; o los más artificiales que son mucho más dulces y más concentrados que el azúcar y se usan en cantidades pequeñas. Los edulcorantes más frecuentes son los jarabes de glucosa, elaborados a partir del almidón, que se usan en mayor cantidad que el azúcar ya que sólo tiene un 74% de la dulzura de la sacarosa, pero también estos jarabes se elaboran modificando cierta proporción de su contenido, transformándolo en fructosa, la cual es un 124% más dulce que la sacarosa, por lo cual se utiliza en menor cantidad. También suelen utilizarse derivados de azúcares, presentes naturalmente en algunas frutas, produciéndose por reducción química de estos azúcares. Algunas de ellas son: el sorbitol, procedente de la glucosa; el dulcitol o galacitol, procedente de la galactosa; el manitol, procedente de la manosa o manitosa; el xilitol, de la xilosa. La dulzura de estos compuestos va de la mitad al 100% de la dulzura de la sacarosa. Entre los edulcorantes que se utilizan en menor cantidad y mayor concentración está: el acesufulmato−k, que se utiliza en productos dietéticos, ya que es 200 veces más dulce que la sacarosa y no se metaboliza, es decir, se excreta sin ninguna alteración. También podemos encontrar la sacarina, que es una de las más antiguas, es 550 veces más dulce que la sacarosa, pero tiene un gusto amargo que se enmascara normalmente con otros edulcorantes, no es estable al calor, por lo que no se puede utilizar para cocinar. Según algunos experimentos realizados con animales, habría indicios de que este compuesto puede ser cancerígeno, pero no se ha detectado ningún caso en un ser humano, aunque fue prohibida en varios países. • LECHE: Es un líquido opaco, nutritivo, secretado por las glándulas mamarias de los animales mamíferos. En su composición presenta un glúcido llamado lactosa, a demás de proteínas (caseína) y de sales de calcio, fósforo, sodio, potasio y azufre, pero es deficiente en hierro y en vitamina C. La lactosa es menos dulce que la sacarosa y es menos soluble en agua que la glucosa y la sacarosa. La lecha es un elemento fundamental en la dieta infantil, en especial en especial de los recién nacidos y a menudo se añade a los alimentos infantiles y productos de repostería. La latosa también se ocupa en la elaboración de productos farmacéuticos. • FIBRA DIETÉTICA: Son restos de paredes de células vegetales, es decir, una compleja mezcla de 16

diversos tipos de glúcidos que no se pueden digerir en el tracto intestinal y por lo tanto, carecen de valor nutricional. Por muchos años fue desechada por los especialistas en nutrición humana, sin embargo, en las dos últimas décadas se ha podido lograr una importante apreciación de la importancia de la fibra dietética para la salud. Gracias a los estudios realizados se han logrado determinar y medir con mayor exactitud los componentes de la fibra dietética, por lo que los especialistas prefieren utilizar el término polisacárido no almidonoso (PNA), de los que podemos distinguir dos tipos: los que son insolubles en agua y los que son solubles en agua, formado por geles viscosos. Los países desarrollados establecen en su dieta media entre 11 y 12 gramos de PNA diarios, de los cuales, la mitad procede de fuentes vegetales y un 40% de cereales. La cantidad ideal de PNA es de 18 gramos diarios, ya que el consumo de este compuesto es muy beneficioso para la salud humana. El volumen incrementado de los alimentos ricos en fibra, les da mayor capacidad para saciar, es decir, la persona se "llena" rápidamente, lo que es beneficioso para prevenir la obesidad. También se ha comprobado que una dieta baja en fibras provoca estreñimiento y compresión en el tracto intestinal, lo que se relaciona también con el desarrollo de enfermedades tales como el colon irritable, hernia de hiato, hemorroides y venas varicosas. Así mismo, las dietas ricas en PNA reducen el riesgo de enfermedades cardiacas y disminuyen las cantidades de colesterol. Las sales biliares se forman en el hígado a partir del colesterol, de las cuales se segregan aproximadamente unos treinta gramos al día en la bilis. La mayor parte de estas sales son reabsorbidas y recicladas. La fibra arrastra una proporción de estas sales, junto con el colesterol, para ser excretadas. Gracias a este mismo efecto se reduce también el riesgo de los cálculos biliares, ya que una dieta rica en fibra da como resultado más sales biliares y menos colesterol presente en la bilis, ya que es el colesterol insoluble presente en la bilis el que provoca los cálculos biliares. El cáncer del intestino grueso también se relaciona con las sales biliares, ya que éstas, al mezclarse con la fibra en lugar de permanecer en solución libre, no pueden afectar a la pared intestinal para fomentar el desarrollo de tumores cancerosos. De la misma manera, todos los alimentos tienen componentes carcinogénicos, pero éstos, al ser mezclados con la fibra, no pueden ser absorbidos por las paredes intestinales, reduciendo así el riesgo de formaciones cancerígenas. Además, las bacterias del intestino, al fermentar con el PNA reducen la proliferación de las células cancerígenas, por lo que proporcionan mayor protección frente al desarrollo del cáncer intestinal. VARIOS LOS GLÚCIDOS EN LA INDUSTRIA C omo hemos dicho anteriormente, los glúcidos se encuentran en grandes cantidades en la naturaleza y, gracias a sus diversas propiedades han sido utilizados en los procesos de elaboración, ya sea como ingrediente principal o complementario en diversas industrias. Los alimentos ricos en hidratos de carbono suelen ser los más baratos, en comparación a los ricos en proteínas o grasas, lo que los hace más asequibles para las personas de medianos y bajos recursos. A continuación mostraremos los múltiples usos industriales de los distintos tipos de glúcidos. • CELULOSA: Este compuesto es insoluble a todos los elementos comunes, por lo que es fácil separarla de los demás componentes de las plantas. Dependiendo de su concentración, cuando actúa sobre ella el ácido sulfúrico puede transformarse en glucosa o en almidón soluble, también llamado amiloide, que se utiliza para fabricar papeles de alta calidad, los cuales son muy lujosos. Cuando la celulosa se trata con un álcali y luego se expone a los vapores del disulfuro de carbono, se obtiene una solución que puede estirarse en películas e hilarse, a partir de éstas soluciones se fabrican el rayón y el celofán. Los acetatos de celulosa se hilan en filamentos delgados con los que se confeccionan tejidos, también el acetato de celulosa se utiliza para la fabricación de películas fotográficas, vidrios de 17

seguridad inastillables, antibalas. Los éteres de la celulosa se utilizan en la elaboración de adhesivos, jabones y resinas sintéticas. Con una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico, la celulosa forma una serie de compuestos inflamables y explosivos conocidos con el nombre de nitratos de celulosa o nitrocelulosa, como por ejemplo el algodón de colodión, que forma parte de diversos plásticos y lacas; el colodión, que es un compuesto parecido utilizado en la medicina, fotografía, fabricación de cueros sintéticos y lacas; y el algodón de pólvora que se emplea como explosivo propulsor en la fabricación de cartuchos. • PECTINA: glúcido producido por diversas plantas, son sustancias blancas, viscosas, que forman en el agua una solución viscosa, que, al combinarse de manera adecuada con azúcares y ácidos forman una sustancia gelatinosa que se utiliza como espesante de jaleas y mermeladas. La pectina utilizada en la industria es la que se obtiene de la manzana y el limón y se utiliza para elaborar mermeladas de frutas pobres en ella. • AGAR: Es un gel coloidal extraído de las paredes celulares de algunas algas rojas orientales. Se utiliza como agente solidificante en la preparación de dulces, cremas y lociones, así como en las conservas de carne y pescado. En los helados y postres congelados se usa como agente emulsionante, así como para darles textura, en la fabricación del vino y de la cerveza se usa para clarificar. En la industria textil se utiliza mucho, especialmente para almidonar las telas. En la investigación científica es muy utilizado como medio de cultivo de bacterias, ya que no se disuelve por el efecto de las sales ni se consume por la acción de los microorganismos. También se encuentra como ingrediente en varios tipos de laxantes y es muy utilizado en la preparación de materiales adhesivos. • GLUCOSA: (en forma de azúcar) Es uno de los principales agentes conservadores de las mermeladas y de las jaleas, pero para que cumpla esta función de manera eficiente, el peso del producto final debe ser aproximadamente un 65% de azúcar. Este producto inhibe el crecimiento bacteriano después de calentares el producto. • LÁTEX: Es un compuesto fluido lechoso que se encuentra en células especializadas, llamadas lactíferas, de muchas plantas superiores. Está compuesto de gomas, resinas, azúcares, proteínas, taninos, almidones, alcaloides y aceites. Al refinarse o por procesos de síntesis es posible obtener una gran cantidad de gomas comerciales, como el caucho, la balata, el guayule, el opio y el chicle. Destacando la importancia de los glúcidos, especialmente la glucosa, con relación a su aporte energético podremos detallar su función en la contracción muscular, ya que es en ésta, el músculo requiere de energía y la fuente inmediata para ello es la glucosa, quien de degradará hasta convertirse en dióxido de carbono y agua; este proceso libera una cantidad de energía inmensa que permite el adecuado aporte al músculo. Por supuesto que no es el único medio de combustible, porque también utiliza lípidos, pero esencialmente la glucosa. El uso de ella supone una importante consecuencia fisiológica; al hacer ejercicio muscular, los vasos sanguíneos se dilatan y el flujo de sangre aumenta, de manera que el aporte de oxígeno también aumenta, lo cual es esencial para las células. Sin el metabolismo de la glucosa no se podrían realizar ejercicios violentos en las carreras deportivas. La glucosa contenida en el hígado en forma de glucógeno debe estar en niveles adecuados, ya que si no, comienzan a catabolizarse las proteínas, unidades que sólo se utilizan en caso de emergencia, y por lo tanto se produciría un déficit enorme de estructuras y funcionamientos normales en el organismo. , Conjuntamente a esto, la glucosa en forma de glucógeno es el alimento esencial en la maduración de los espermios, sin ella, no podrían moverse ni tener energía para llegar a su meta, el ovocito. Junto con ello, la fructosa, también glúcido, es componente importante del semen masculino. (150−650 mg/ml.

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