Los carbohidratos: ¿Qué son?

Los carbohidratos son biomoléculas también conocidos como hidratos de carbono o glúcidos. Además de carbono, contienen porciones de hidrógeno y oxígeno; de ahí el nombre carbohidratos. Pero, a diferencia de las proteínas, los carbohidratos son biomoléculas de gran aporte calórico, esto con el objetivo de cumplir su función nutricional en el organismo. Además de esta, algunos carbohidratos cumplen funciones estructurales (a nivel de pared celular en las plantas) y otros son precursores de la producción de otras biomoléculas.

Junto con las proteínas y las grasas, los carbohidratos son uno de los tres nutrientes principales que se encuentran en alimentos y bebidas. Su cuerpo descompone los carbohidratos en glucosa. La glucosa, o azúcar en la sangre, es la principal fuente de energía para las células, tejidos y órganos del cuerpo 

Clasificación

Los carbohidratos se pueden clasificar como monosacáridos, disacáridos y polisacáridos:

Monosacáridos

Los monosacáridos o azúcares sencillas son Aldehídos y cetonas polihidroxilados, es decir, con varios grupos hidroxilo (OH). Los aldehídos y cetonas son derivados del grupo carbonilo (C = O). A los monosacáridos con grupos aldehído se les denomina aldosas y los monosacáridos con grupos cetona se les conoce como cetosas.

Generalmente, los monosacáridos no sólo se nombran según el grupo funcional que tengan, sino que también se nombran según la cantidad de carbonos que tenga su estructura. Si tiene tres carbonos, que es lo mínimo, recibe el nombre de triosa; si tiene cuatro, tetrosa; si tiene cinco, pentosa; y si tiene seis, hexosa. Por lo que una aldosa con cuatro carbonos sería una aldotetrosa y una cetona de seis carbonos sería una cetohexosa.

La estructura de los monosacáridos puede ser:

• Proyección de Fischer: En estas estructura el esqueleto hidrocarbonado o cadena de carbonos se dibuja de forma vertical. Lo que permite una visión más cómoda y sencilla de los enlaces entre los carbonos y el grupo funcional ya sea aldehído o cetona.
• Proyección de Haworth: Comprende los monosacáridos que contienen cuatro o más carbonos. La formación del anillo se produce en solución acuosa, debido a que el medio acuoso causa que el grupo hidroxilo del penúltimo carbono se una con el grupo funcional, que se encuentra en el primer carbono, y así formar la estructura cíclica. Para las cetosas la ubicación varía ya que el grupo funcional no se en el primer carbono, sino en el segundo o tercero por lo que la estructura cíclica se formará entre el penúltimo grupo hidroxilo y el carbono en el que esté el grupo funcional.

Como se mencionó en la introducción, hay ciertos carbohidratos que tienen mayor importancia biológica y mayor presencia que otros:

• Glucosa: Es el principal combustible de las células y el monosacárido más abundante. En los animales, la glucosa es la fuente de energía preferida de las células cerebrales y de las células que tienen pocas mitocondrias o que carecen de ellas, como los eritrocitos (glóbulos rojos). Las células que tienen un aporte limitado de oxígeno, como las del globo ocular, utilizan también grandes cantidades de glucosa para generar energía. Las fuentes alimentarias son el almidón de las plantas y los disacáridos lactosa, maltosa y sacarosa.
• Fructosa: Suele llamarse azúcar de la fruta por su contenido elevado en los frutos. Se encuentra también en algunos vegetales y en la miel. Se utilizan cantidades importantes de fructosa en el sistema reproductor masculino, debido a que estas se sintetizan en las vesículas seminales y después se incorporan al semen. Los espermatozoides utilizan el azúcar como fuente de energía.
• Galactosa: La galactosa es necesaria para sintetizar diversas biomoléculas, entre las que se encuentran la lactosa, los glucolípidos y determinados fosfolípidos, proteoglucanos y glucoproteínas. Este azúcar se sintetiza con facilidad a partir de la glucosa-l-fosfato.

Disacáridos

Los disacáridos son moléculas formadas por dos monosacáridos unidos mediante un enlace glucosídico. Al enlace glucosídico se le da su nombre según los carbonos que una. Por ejemplo, cuando un monosacárido está unido a través de su átomo de carbono 1 al grupo hidroxilo del carbono 4 de otro monosacárido, el enlace glucosídico se denomina 1,4. Como se observa en la siguiente imagen:

No todos los enlaces glucosídicos son 1,4 ya que la cantidad de carbonos varía según el monosacárido que sea; sin embargo, esta unión es la más común entre hexosas. En la imagen anterior, se observa que para que se forme un enlace glucosídico se une un grupo hidroxilo (OH) de uno de los monosacáridos al grupo hidroxilo de otro. Al formarse el enlace glucosídico se da lugar a la liberación de agua por lo que los carbonos de los monosacáridos quedan unidos por un átomo de oxígeno restante.

Los disacáridos suelen ser el tipo de azúcar más común en ingresar al cuerpo. A pesar de que la glucosa es el monosacárido que ingresa en mayor cantidad, no suele entrar en su forma sencilla sino combinada con otros monosacáridos formando di o polisacáridos y luego es separada mediante la digestión. La digestión de los disacáridos y de otros carbohidratos se produce a través de enzimas sintetizadas por las células que recubren el intestino delgado.

Al igual que hay monosacáridos comunes, hay disacáridos comunes. Estos son los más abundantes y presentes en la dieta:

• Lactosa : Es un disacárido que se encuentra en la leche y demás derivados lácteos. Está formado por una molécula de galactosa unida a una molécula de glucosa por un enlace glucosídico 1,4 . Debido a que el componente de glucosa contiene su grupo hemiacetal libre, la lactosa es un azúcar reductor, lo que quiere decir que la glucosa puede volver a interactuar con otras moléculas.

• Maltosa : Conocida también como azúcar de malta, es un producto intermediario de la hidrólisis del almidón y no parece existir en forma libre en la naturaleza. La hidrólisis del almidón consiste en la ruptura de su estructura agua. La maltosa es un disacárido con un enlace glucosídico (l, 4) entre dos moléculas de glucosa.

• Sacarosa : Es el azúcar de mesa que se utiliza diariamente en comidas y bebidas. Se produce en las hojas y en los tallos de las plantas. Es una fuente de energía que se transporta por toda la planta. La sacarosa resultante de la unión de la glucosa con la fructosa en un enlace glucosídico .

Polisacáridos

Los polisacáridos o glucanos , están formados por grandes cantidades de monosacáridos conectados por enlaces glucosídicos. Los glucanos más pequeños u oligosacáridos , son polímeros que contienen hasta unos 10 o 15 monosacáridos y que con mayor frecuencia se encuentran unidos a polipéptidos en ciertas glucoproteínas. Las glucoproteínas son moléculas que, como su nombre lo indica, están formadas por una proteína y un glúcido o carbohidrato.

Existen dos clases amplias de oligosacáridos: con enlaces N y con enlaces O. Los oligosacáridos con enlaces N están unidos a polipéptidos por un enlace glucosídico N que se forma con el grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina. Por otro lado, los oligosacáridos con enlaces O están unidos a polipéptidos por los grupos hidroxilo (OH) de las cadenas laterales de los aminoácidos serina o treonina en cadenas polipeptídicas o por los grupos hidroxilo de lípidos de la membrana.

Por otro lado, los polisacáridos pueden dividirse en dos clases: homoglicanos, formados por un solo tipo de monosacárido, y heteroglucanos, que contienen dos o más tipos de monosacáridos:

Homoglicanos

• Almidón: Es la reserva energética de las células, es una fuente significativa de carbohidratos en la alimentación humana. La mayor parte del valor nutritivo de los principales alimentos mundiales (por ejemplo: las patatas, el arroz, el maíz y el trigo) proviene del almidón. En el almidón se encuentran juntos dos polisacáridos: la amilosa y la amilopectina.

La amilosa está formada por enlaces glucosídicos de glucosa (1,4) mientras que la amilopectina está formada igualmente por enlaces glucosídicos de glucosa (1,4) pero además presenta un punto de corte logrando enlaces tipo (1,6) y causando una ramificación .

A pesar de que son dos polisacáridos diferentes, tanto la amilosa como la amilopectina tienen como único monosacárido a la glucosa y es por esto que el almidón hace parte de los homoglicanos.

• Glucógeno: Es el carbohidrato de almacenamiento de energía de los vertebrados. Se encuentra con mayor abundancia en las células hepáticas y en las musculares. Tiene una estructura semejante a la de la amilopectina, excepto que tiene más puntos de ramificación, posiblemente cada cuatro moléculas de glucosa en el centro de la molécula.

Debido a que la molécula es más compacta que otros polisacáridos ocupa poco espacio, una característica importante en los cuerpos animales que se mueven, es que permite mayor almacenamiento para situaciones de necesidad. Cuando una persona se encuentra en un estado de ayuno prolongado, el cuerpo utiliza el glucógeno almacenado en el hígado para romperlo y dar lugar a moléculas de glucosa. Esto con el fin de que las células puedan usarlas y no se queden sin suministro de energía.

En la imagen anterior, observa que hay unos puntos señalados como "extremos no reductores", esto indica que la glucosa no tiene su grupo aldehído libre y por lo tanto no puede realizar más enlaces con otras moléculas.

• Celulosa: Es un polímero formado por residuos de glucopiranosa, un monosacárido común en las plantas, unidos por enlaces glucosídicos (1,4). Es el polisacárido estructural más importante de las plantas y sólo los seres vivos que poseen la enzima celulasa tienen la capacidad de digerirla, las hormigas y vacas son algunos de estos. La celulosa es uno de los numerosos productos vegetales que constituyen la fibra dietética, el cual en la actualidad se considera importante para mantener una buena salud. La celulosa también tiene importancia a nivel celular pues refuerza la pared celular de las células vegetales.

• Glucosaminoglucano: Son polímeros lineales con unidades repetitivas de disacáridos. Muchos de los residuos de azúcares son aminoderivados. Los GAG se clasifican según sus residuos de azúcares, los enlaces entre estos residuos y la presencia y la localización de los grupos sulfato. Se diferencian cinco clases: ácido hialurónico, sulfato de condroitín, sulfato de dermatán, heparina y sulfato de heparán, y sulfato de queratán.

Campos de aplicación

Debido a sus propiedades estructurales, algunos carbohidratos como la celulosa poseen una enorme importancia económica, ya que los productos textiles (por ejemplo: el algodón, el lino y la ramina), la madera y el papel deben muchas de sus características singulares a su contenido de celulosa. La fructosa, otro carbohidrato, se utiliza a menudo como agente edulcorante en los productos alimenticios procesados ​​y la sacarosa es el azúcar de mesa que se ingiere día a día en jugos y postres.