Moléculas Biológicas

Carbohidratos

por Anthony Carpi, Ph.D.

En muchas maneras, nuestros cuerpos pueden ser vitos como las fabricas de procesamiento químico. Químicos son introducidos, procesados por medio de varios tipos de reacciones y después son distribuidos por todo el cuerpo para ser utilizados inmediatamente o almacenados para después. Los químicos utilizados por el cuerpo pueden ser divididos en dos amplias categorías: macronutrientes, las cuales son esas sustancias de necesitamos comer regularmente en cantidades grandes. Y micronutrientes, las cuales son esas sustancias que solo necesitamos comer en pequeñas cantidades. Tres tipos de macronutrientes son esenciales para organismos vivientes: carbohidratos, grasas y proteínas. En este módulo, vamos a discutir los carbohidratos; grasas y proteínas son discutidas en otro módulo (vea nuestro módulo Grasas y Proteínas).

Carbohidratos

Chemical metabolism of glucose

Los animales obtienen carbohidratos alimentándose de comidas que contienen carbohidratos, por ejemplo, papas, arroz, panes, etc. Estos carbohidratos son producidos por plantas durante el proceso de la fotosíntesis. Plantas cosechan energía de la luz para llevar a cabo la reacción recién descrita al revés:

Reaction of plants harvesting energy from sunlight equation

Una papa, por ejemplo, es primordialmente un sistema químico de almacenamiento químico que contiene moléculas manufacturadas durante la fotosíntesis. Sin embargo, en una papa esas moléculas de glucosa se enlazan juntas en una cadena larga. Resulta que, existen dos tipos de carbohidratos, las azucares simples y esos carbohidratos que consisten en cadenas largas de azucares - carbohidratos complejos.

Azucares Simples

Todos los carbohidratos están hechos de unidades de azúcar (también llamados unidades de sacáridos). Carbohidratos que contienen solamente una unidad de azúcar (monosacáridos) o dos unidades de azúcar (disacáridos) se les llama azucares simples. Azucares simples son dulces en sabor y se desintegran rápidamente en el cuerpo para liberar energía. Dos de los monosacáridos mas comunes son la glucosa y la fructosa. Glucosa es la forma primaria de azúcar almacenada en el cuerpo humano para energía. Fructosa es la azúcar principal encontrada en la mayoría de las frutas. Tanto la glucosa como la fructosa tienen la misma formula química (C6H12O6); sin embargo, tienen diferentes estructuras, como se muestra a continuación (notar: los átomos de carbono que se sientan en las "esquinas" de los aros no están etiquetados):

Glucose
Glucose
Fructose
Fructose

Disacáridos tienen dos unidades de azúcar enlazados. Por ejemplo, la azúcar de mesa común es sacarosa, un disacárido que consiste en una unidad de glucosa enlazado con una unidad de fructosa:

Sucrose molecule
Sucrose

Carbohidratos complejos

Carbohidratos complejos son polímeros de azucares simples. En otras palabras carbohidratos complejos son cadenas largas de unidades simples de azucares enlazadas (por esta razón es que los carbohidratos complejos son comúnmente llamados polisacáridos). La papa que discutimos anteriormente contiene el carbohidrato complejo almidón. El almidón es un polímero del monosacárido glucosa:

Starch
Starch
n is the number of repeating glucose units
(ranges in the 1,000's)

El almidón es el polisacárido principal utilizado en plantas para almacenar glucosa para ser utilizada luego como energía. Las plantas comúnmente almacenan almidón en sus semillas y otros órganos especializados; por ejemplo, fuentes comunes de almidones incluyen arroz, habichuelas, trigo, maíz, papas, etc. Cuando los humanos comen almidones, una enzima que ocurre en la saliva y dentro de los intestinos llamados amilasa desintegra los enlaces entre unidades de glucosa repitentes, por ende permitiendo que la azúcar sea absorbida al flujo de sangre. Una vez absorbida en el flujo de sangre, el cuerpo humano distribuye la glucosa a áreas en donde es necesitada para energía o la almacena como un polímero especial - glicógeno. El glicógeno, otro polímero de la glucosa es el polisacáridos utilizado por animales para almacenar energía. Exceso de glucosa es enlazado para formar moléculas de glicógeno, el cual se almacena en el hígado y tejido muscular como una fuente "instantánea" de energía. Tanto el almidón como el glicógeno son polímeros de glucosa; sin embargo el almidón es una cadena larga derecha de unidades de glucosa, mientras que el glicógeno es una cadena en rama de unidades de glucosa, tal como se puede ver en las ilustraciones enlazados a continuación:

The Starch Molecule
The Starch Molecule
The Glycogen Molecule
The Glycogen Molecule

Otro importante polisacárido es el celuloso. La celulosa es un tercer polímero de la glucosa de monosacárido. La celulosa se difiere del almidón y el glicógeno debido a que las unidades de glucosa forman una estructura bi-dimensional y los enlaces de hidrogeno uniendo a polímeros cercanos, por ende dándole a la molécula estabilidad adicional. La celulosa - también conocida como fibra de planta, no puede ser digerida por seres humanos, por ende la celulosa pasa a través del sistema digestivo sin ser absorbido por el cuerpo. Algunos animales, como vacas y termitas, contienen bacterias en su sistema digestivo que les ayuda a digerir celulosa. La celulosa es un material relativamente tieso y en plantas es utilizado como una molécula estructural para agregar apoyo a las hojas, tallos y otras partes de la planta. A pesar del hecho de que no puede ser utilizado como una fuente de la mayoría de los animales, la fibra celulosa es esencial en la dieta porque ayuda a ejercitar el sistema digestivo y mantenerlo limpio y saludable.

The Cellulose Molecule
The Cellulose Molecule

Resumen

Our bodies are efficient chemical processing plants, breaking down nutrients to use and store for energy. This module introduces carbohydrates, an important macronutrient. It explains how different carbohydrates are used by plants and animals. Simple sugars and complex carbohydrates are identified, and their biochemical structures are compared and contrasted.

Conceptos Clave

  • Carbohydrates are a class of macronutrients that are essential to living organisms. They are the main energy source for the human body.

  • Carbohydrates are organic molecules in which carbon (C) bonds with hydrogen and oxygen (H2O) in different ratios depending on the specific carbohydrate.

  • Plants harvest energy from the sun and manufacture carbohydrates during photosynthesis. In a reverse process, animals break down carbohydrates during metabolism to release energy.

  • All carbohydrates are made up of units of sugar. There are two types of carbohydrates: simple sugars – the monosaccharides and disaccharides – and complex carbohydrates – the polysaccharides, which are polymers of the simple sugars.

  • Examples of complex carbohydrates are starch (the principal polysaccharide used by plants to store glucose for later use as energy), glycogen (the polysaccharide used by animals to store energy), and cellulose (plant fiber).