¿Qué son los carbohidratos? Los carbohidratos constituyen uno de los tres grupos de biomoléculas indispensables para el metabolismo de los seres vivos.
Las funciones de los carbohidratos, significado, clasificación de los hidratos de carbono y moléculas más importantes las encontrarás a lo largo del post.
¿Qué son los carbohidratos?
¿Carbohidratos o hidratos de carbono? Las biomoléculas glucídicas adoptan diferentes nombres como: glúcidos, sacáridos, hidratos de carbono o carbohidratos. Cada una de ellas tienen el mismo significado, por lo que resulta indiferente la designación que elijas para hacer referencia a dichas moléculas.
El origen de los carbohidratos o glúcidos se deriva de que el primer compuesto aislado de forma pura tiene por fórmula {C}_{6}{H}_{12}{O}_{6} y se pensaba que era un hidrato de carbono {C}_{6}\left({H}_{2}O\right) , es decir, se creía que era un carbono hidratado.
La idea de los carbonos hidratados se descartó por completo, aunque hasta el día de hoy se preserva el nombre hidratos de carbono. Por lo tanto ¿Qué significa carbohidratos? El término se refiere a la gran variedad de moléculas de aldehídos o cetonas de múltiples grupos hidroxilos que proveen de energía a los organismos.
Fórmula estequiométrica general de los carbohidratos: {\left(C{H}_{2}O\right)}_{n} donde “n” hace referencia al número de carbonos presentes en la molécula. Los compuestos derivados de los glúcidos también utilizan la fórmula mencionada.
La creación de glúcidos durante el proceso de fotosíntesis y la oxidación de los mismos en el metabolismo constituyen, ambos, el ciclo energético de la vida de mayor importancia.
Características de los carbohidratos
La composición especial de la cadena hidrocarbonada polihidroxilada de los carbohidratos les atribuye propiedades únicas a los hidratos de carbono, tales como:
- Capacidad para formar puentes de hidrógeno.
- Las unidades monoméricas de los monosacáridos se unen mediante enlaces glucosídicos.
- La mayoría es soluble en agua, exceptuando algunos de elevado peso molecular.
- Es común que se encuentren formando cristales, en estado sólido.
- Sirven como moléculas para almacenar energía.
- Tienen sabor dulce.
- Forman imágenes especulares.
- El enlace glucosídico entre sus monómeros es covalente.
Clasificación de los carbohidratos
Existen diferentes formas de clasificación:
Carbohidratos simples y complejos
Una forma general de dividir a los hidratos de carbonos es como simples y complejos.
Ejemplo de carbohidratos simples: galactosa, fructosa y glucosa. Tres de los más ampliamente conocidos en el metabolismo de los hidratos de carbono.
¿Qué función tienen los carbohidratos simples en los seres vivos? La glucosa, por ejemplo, ejerce un papel capital en el funcionamiento celular.
Luego de la degradación de las macromoléculas ingeridas en la dieta, a nivel intestinal se absorben los productos finales de la catálisis de los glúcidos: glucosa, fructosa y galactosa.
Una vez que pasan a la circulación y llegan al hígado, los hepatocitos convierten la galactosa y la fructosa a glucosa. De forma resumida, por el mencionado hecho, la glucosa se transforma en la última vía común para transportar casi todos los glúcidos o hidratos de carbono a las diversas células en los tejidos.
Lo que constituye una función vital de los carbohidratos simples para el funcionamiento metabólico de los organismos vivos.
¿Cuáles son los carbohidratos complejos? En el grupo de carbohidratos complejos mencionamos a la celulosa, el componente principal de la pared celular de los vegetales.
Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos
La segunda forma de clasificación de los carbohidratos es la más utilizada en el mundo de la química y la bioquímica:
- Monosacáridos: Es una sola unidad de polihidroxialdehído o polihidroxiacetona que no puede ser hidrolizado. A su vez se clasifican en: aldosas y cetosas.
- Oligosacáridos: Se constituyen de dos a diez unidades azúcares simples unidos entre sí mediante enlaces glucosídicos. Los disacáridos forman parte de este grupo y a su vez se clasifican en reductores y no reductores.
- Polisacáridos: Azúcar formado por la unión de 10 o más unidades monoméricas glucídicas unidas entre sí por un enlace de tipo acetal. Se dividen en homopolisacáridos y heteropolisacáridos.
El enlace glucosídico es el enlace de los carbohidratos. Permite establecer las uniones entre unidades individuales de azúcares y de glúcidos con diferentes moléculas. Para aprender todo acerca de él puedes entrar en nuestro post.
Funciones de los carbohidratos
Los carbohidratos son moléculas indispensables para la vida. Cuando se habla de: funciones de los hidratos de carbono, la primera que se viene a la memoria es que proporcionan la fuente de energía inmediata para los organismos vivos. Sin embargo, ejercen múltiples roles estructurales y de especificidad.
La primera función es la que mejor conocemos. Los carbohidratos son una fuente rápida de energía para el funcionamiento del organismo.
Por ejemplo, el cerebro trabaja, en condiciones normales, con glucosa. El monosacárido mencionado es el combustible preferido para el desarrollo de la actividad neuronal. El SNC no deja de consumir glucosa para mantenerse en marcha.
En el mismo sentido, la energía es necesaria para:
- La secreción glandular.
- Actividad muscular.
- Síntesis de sustancias.
- Producción de enzimas digestivas.
- Absorción de los nutrientes en el tubo digestivo.
- Mantener los potenciales de membrana.
- Elaborar ácidos nucleicos.
- Incluso el proceso de degradación de la glucosa tiene una primera fase de inversión de energía.
Los carbohidratos provenientes de los alimentos, almacenados en forma de glucógeno, transformados en fosfocreatina y otras moléculas energéticas mantienen en marcha la maquinaria corporal.
Tal es la importancia de los hidratos de carbono como fuente energética que constituyen el ciclo energético de la vida.El ciclo energético de la vida: Son una serie de reacciones acopladas que comienza con la síntesis de carbohidratos en las plantas durante la fotosíntesis a partir de la energía lumínica que permite la transformación del C{O}_{2} y {H}_{2}O . Los hidratos de carbono almacenados en forma de almidón o celulosa en las plantas son ingeridos por los animales al consumir vegetales.
Al ser deglutidos y degradados, los azúcares se convierten en la mayor fuente de energía disponible para el organismo. La segunda mitad del ciclo comprende reacciones inversas en el que el metabolismo oxidativo de los de los sacáridos origina de nuevo C{O}_{2} y {H}_{2}O .
El proceso oxidativo de los hidratos de carbono es el principal proceso de generación de energía del metabolismo.Si los monosacáridos se almacenarán de forma individual en la célula, la presión osmótica aumentaría exacerbadamente, lo que tendría un efecto nocivo en el funcionamiento celular.
Por ello, los glúcidos se almacenan como polisacáridos, glucógeno (animales) y almidón (plantas). En forma de largas cadenas de glucosa unidas mediante enlace peptídico. Cuando el metabolismo necesita glucosa se activan enzimas específicas que degradan rápidamente los polímeros.
El glucógeno es un polisacárido ramificado compuesto por \alpha -D-glucopiranosa. En los animales, se deposita en hígado y músculo. El hígado es el órgano encargado de regular el metabolismo de los glúcidos. Mientras que, el músculo contiene glucógeno para aprovecharlo de manera inmediata cuando requiere la liberación de energía.
La especificidad es otra función biológica de los carbohidratos. Y dentro de esta singularidad se encuentran los siguientes aspectos de importancia:
Constituyen los antígenos de los grupos sanguíneos
Los grupos sanguíneos son un conjunto de oligosacáridos unidos a la membrana celular de los eritrocitos. El anclaje a la membrana lo pueden establecer con proteínas, siendo glucoproteínas o con lípidos para ser glicolípidos.El sistema constituido por los grupos sanguíneos A, B, AB y O es el más conocido. Los oligosacáridos antigénicos ABO se determinan a través de una prueba de aglutinación al comprobar si existen anticuerpos contra alguno de ellos haciendo que se “apelotonen” entre sí.
Los determinantes antigénicos de cada uno de ellos son:
- Grupo sanguíneo A:
- Grupo sanguíneo B:
- Grupo sanguíneo O:
Si se realiza la combinación de glóbulos rojos incompatibles entre sí, con diferentes determinantes antigénicos, el cuerpo los reconocerá como extraños y generará anticuerpos contra ellos como respuesta inmunológica. En este sentido, para las transfusiones de sangre tanto el donador como el receptor deben ser compatibles.
Tabla de relaciones válidas y no válidas para las transfusiones de sangre entre los distintos determinantes antigénicos oligosacáridos de los grupos sanguíneos ABO:
| Grupos sanguíneos de la persona | Genera anticuerpos contra los grupos: | Puede recibir sangre de personas con los grupos: | Puede donar sangre a: |
|---|---|---|---|
| A | B | O, A | A, AB |
| B | A | O, B | B, AB |
| AB | Ninguno | O, A, B, AB | AB |
| O | A, B | O | O, A, B, AB |
Aunque todas las relaciones que se establecen en la tabla son válidas, a las personas con grupo sanguíneo AB no se les transfunde sangre de otros grupos, ya que se corre el riesgo de que los anticuerpos del donante reaccionen con los antígenos del receptor.
Antigenicidad bacteriana
Otra de las funciones de especificidad que brindan los glúcidos es la antigenicidad bacteriana. Una molécula de carbohidrato tiene la capacidad de enlazarse mediante enlaces glucosídicos y formar la pared celular de las bacterias.
La pared celular de las bacterias es un polímero de peptidoglucano formado por polisacáridos y oligopéptidos. La naturaleza de la pared celular permite dividirlas en dos grandes grupos respecto a la coloración de Gram:
- Bacterias Gram +: Su pared celular es gruesa y se encuentra en la superficie externa. El peptidoglucano posee cadenas largas de glúcidos, que son copolímeros de N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico que se alternan estrictamente y se hallan entrelazados mediante péptidos cortos.
- Bacterias Gram –: La capa de peptidoglicano es fina y se encuentra bajo una capa lipídica. El peptidoglucano o peptidoglicano igualmente está formado por N-acetilglucosamina y N-acetilmurámico.
El hidrato de carbono para ello es la quitina, es un homopolisacárido compuesto por residuos de N-acetilglucosamina unidos mediante enlace \beta (1\to 4) .
Los glúcidos estructurales de nuestro organismo son los glucosaminoglucanos. Ellos forman una matriz que mantiene unidos los componentes proteínicos de la piel y el tejido conectivo.
Los glucosaminoglucanos más importantes son:
- En el tejido conectivo: Queratán sulfato y el condroitin sulfato.
- Dermatán sulfato en la piel.
- Ácido hialurónico.
Todos ellos son heteropolisacáridos poliméricos constituidos por disacáridos repetitivos en la que uno de sus azúcares es la N-acetilgalactosamina o la N-acetilglucosamina, o alguno de sus derivados.
¿Para qué sirven los carbohidratos?
Los carbohidratos son un tipo de biomoléculas indispensables para el metabolismo. Se encuentran en todos los organismos vivos y cumplen funciones estructurales, energéticas, de almacenamiento y más, como lo estudiamos en las funciones de los hidratos de carbono.En el mismo orden de ideas, los niveles de glucosa sanguínea son importantes para la actividad celular. El metabolismo de los carbohidratos se origina en el hígado, en cual es la centralita para regular los procesos de glucogénesis, gluconeogénesis, glicólisis y glucogenólisis.
Cada uno de los procesos mencionados se activan o no dependiendo de las condiciones nutricionales del individuo. Por ejemplo, luego de las comidas, es decir, en estado postprandial los procesos activos en el organismo serán los de síntesis como el almacenamiento de glúcidos a través de la formación de glucógeno (glucogénesis).
En este sentido, los hidratos de carbono sirven para regular la actividad metabólica de nuestro organismo dependiendo del estado nutricional del individuo. Sin embargo, la utilidad de los glúcidos es diversa en animales y vegetales.
Ejemplos de carbohidratos
Entre los ejemplos más comunes de hidratos de carbono están:
- Azúcar de mesa: La sacarosa es un disacárido compuesto por glucosa y fructosa. Se utiliza para endulzar los alimentos.
- Lactosa: Es un disacárido que se encuentra presente en la leche y sus derivados. Se utiliza como fuente de nutrientes para el organismo, está compuesto por galactosa y glucosa.
- Alimentos ricos en hidratos de carbono: La papa, frutas, cereal, arroz, frijoles, lentejas, entre otros. Son alimentos con grandes depósitos de carbohidratos debido al almidón contenido en su composición. Son una fuente importante de nutrientes para el funcionamiento metabólico.
- Celulosa: La pared celular de las plantas está fabricada con unidades de glucosa unidas mediante enlace glucosídico. Les otorga rigidez y resistencia a las condiciones externas.
¿Qué son los carbohidratos en los alimentos?
El efecto metabólico de los carbohidratos permite el funcionamiento celular. Es por ello que los alimentos de origen vegetal como las papas, el maíz y los granos de cereal son una fuente abundante de unidades de carbono para el organismo.
Los carbohidratos en los alimentos de origen vegetal se encuentran almacenados, en forma de almidón. O como componentes de la pared celular, celulosa. Mientras que, los alimentos de origen animal como el hígado y las carnes rojas son una fuente provechosa de glucógeno.
El almidón y el glucógeno obtenido en la dieta son degradados por las enzimas digestivas \alpha - amilasas y glucosidasas presentes en la saliva y el intestino. Actúan rompiendo los enlaces glucosídicos de los polisacáridos y oligosacáridos, para liberarlos como unidades monoméricas que puedan ser absorbidos por las vellosidades intestinales.
Sin embargo, los animales no pueden aprovechar la energía contenida en la celulosa, ya que carecen de enzimas capaces de hidrolizar los enlaces \beta (1\to 4) que poseen.
La importancia de los carbohidratos se manifiesta en el aporte energético que proporciona a los tejidos. Además, son un producto importante de la fotosíntesis, y su oxidación proporciona una fuente de energía principal para las plantas y los animales.
