Hidratos de Carbono

HIDRATOS DE CARBONO

Son un grupo de biomolèculas, también llamados glùcidos, que se pueden encontrar de manera exclusiva en alimentos de origen vegetal.
Constituyen uno de los tres principales grupos funcionales que forman la materia orgánica junto con los lípidos y las proteínas.
Una forma sencilla de clasificar los glùcidos, de acuerdo a la complejidad de sus moléculas, es la siguiente:

Los hidratos de carbono son compuestos formados en su mayor parte por átomos de carbono e hidrógeno y en una menor cantidad de oxígeno. Tienen enlaces químicos difíciles de romper llamados covalentes, los cuales poseen gran cantidad de energía, que es liberada al romperse estos enlaces. Una parte de esta energía es aprovechada por el organismo consumidor, y otra parte es almacenada en el organismo.
Las siguientes imágenes son diferentes representaciones de la D-Glucosa, la cual es un ejemplo clásico de un Hidrato de Carbono

Funciones de los glùcidos Tiene una gran importancia biológica, algunas de sus funciones mas importantes son: Energética: La principal función de los glùcidos es aportar energía al organismo de los seres vivos. De todos los nutrientes que se puedan emplear para obtener energía, los glùcidos son los que producen una combustión más limpia en nuestras células y dejan menos residuos en el organismo. De hecho, el cerebro y el sistema nervioso solamente utilizan glucosa para obtener energía. De esta manera se evita la presencia de residuos tóxicos (como el amoniaco, que resulta de quemar proteínas) en contacto con las delicadas células del tejido nervioso. La glucosa es el combustible celular por excelencia, oxidándose con oxígeno para dar CO 2 , H 2 O y desprendiéndose energía, según la reacción siguiente: C 6 H 12 0 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O ΔH = -2870 KJ/mol Este proceso se realiza en las células a través de un conjunto complejo de reacciones (glucólisis), cuya finalidad es el desprendimiento gradual de energía para poder ser utilizada en otras formas químicas. El rendimiento de la glucólisis es aproximadamente del 42 %. Por todo lo planteado anteriormente, es que se considera a los glùcidos como fuentes primordiales de energía

Estructural: forman parte de la estructura de sostén de los vertebrados, del exoesqueleto de algunos invertebrados y de la pared bacteriana; sirven de soporte y dan rigidez a las plantas; contribuyen a la estructura de algunas proteínas y lípidos complejos.
La celulosa, que forma parte de la pared celular de las células vegetales, es la molécula orgánica más abundante de la Biosfera. El exoesqueleto de los artrópodos que se observan en la foto esta formado por quitina, la cual constituye en un Hidrato de Carbono

Químicamente se caracterizan por poseer en su molécula dos o mas grupos alcohólicos y un grupo aldehído o cetona, es decir que son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas. Si el grupo carbonilo se encuentra al final de la cadena, el monosacárido es un aldehído, y se denomina aldosa . Si se encuentra en un carbono secundario es una cetona, y se llama cetosa CETOSA ALDOSA

Los glùcidos pueden dividirse en:
Monosacáridos : son los glùcidos mas sencillos, y están pueden tener de 3 a 7 carbonos. Estos azucares simples responden a la definicion de polihidroxialdehidos (aldehidos polialcoholes) o polihidroxicetonas (cetonas polialcoholes).
En general, los glucidos se distinguen con el subfijo “osa”. Cuando poseen función aldehído, los monosacáridos se llaman ALDOSAS; si tiene función cetona, CETOSAS.
Se acostumbra a designarlos triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, de acuerdo con el numero de átomos de carbono que posean en su molécula.
Los monosacáridos mas simples son las
triosas , las cuales estan formadas por una cadena de 3 átomos de carbono, por ejemplo el gliceraldehido.

Pentosas: están formadas por una cadena de cinco atomos de carbono, se destacan la D-ribosa y la D-2-dioxiribosa. Se sintetizan en el organismo a partir de la glucosa, por lo que no constituyen nutrientes escenciales.

Hexosas: están formadas por una cadena de 6 átomos de carbono, son los mas importantes desde el punto de vista nutricional
Glucosa: es el principal nutrientes de las células del cuerpo humano a las que llega a través de la sangre, en el organismo puede hallarse en estado libre, en la leche como un disacáridos (lactosa formado por glucosa y galactosa) o como glucògeno. En los alimentos se encuentra en estado libre (fruta, miel, uvas, vegetales); se origina también por hidrólisis del almidón de la sacarosa o de la maltosa.

Los grupos aldehídos o cetona, como por ejemplo la glucosa pueden reaccionar con un hidroxilo de la misma molécula convirtiéndola en anillo, este fenómeno se conoce con el nombre de ciclaciòn

Galactosa: es otra hexosa de importancia, no se encuentra en estado libre. La galactosa presente en el organismo tiene dos orígenes, uno es el desdoblamiento de la lactosa en el intestino y el otro es la interconversion glucosa-galactosa en los tejidos. La misma es muy importante para el desarrollo neuronal del recién nacido, ya que forma parte de los cerebrosidos (materia blanca del cerebro). El mayor aporte de galactosa en la nutrición proviene de la ingesta de la lactosa de la leche.

Fructosa: es una forma de azúcar, la cual es aportada en la dieta al libre por las frutas, jugos vegetales y la miel. Forma parte también de la molécula de sacarosa que la origina, en su desdoblamiento en el tracto intestinal, y de la insulina.
Actualmente, se producen jarabes con un alto contenido en fructosa (JMAF), obtenidos de la hidrólisis del almidón de maíz y posterior tratamiento enzimático especial; estos jarabes se utilizan en los productos sacarinos (dulces, caramelos, etc) en reemplazo de la sacarosa o de la glucosa.

Disacáridos: son azucares formados por dos unidades de hexosas. Los mas importantes son:
Sacarosa: se encuentra también en frutas (anana, banana, manzana, etc) y en algunas racies comestibles (p/ej: zanahoria). Posee in intenso sabor edulcorante. Por hidrólisis acida o enzimatica genera glucosa y fructosa (conocido AZUCAR INVERTIDO, el cual tiene poder edulcorante mayor que la glucosa)
Lactosa: es el hidrato de carbono componente de la leche de los mamíferos, es sintetizada en la glándula mamaria. Resulta de la combinación de una molécula de glucosa y una de galactosa. Es muy importante por su valor nutricional

Maltosa: es un azúcar formado por dos moléculas de glucosa.
Oligosacaridos: se encuentran constituidos por tres a diez monosacáridos. Algunos ejemplos son la Rafinosa, la Estaquiosa, la Melizitosa, etc.

Polisacáridos: están compuestos por una cadena de mas diez monosacáridos unidos por enlaces glicosìdicos. Los polisacáridos formados por un solo tipo de monosacárido s, se llaman homopolisacáridos ; los constituidos por monosacáridos diferentes se denominan heteropolisacáridos . Los polisacáridos ya no poseen las cualidades de los azúcares simples; la mayor parte de ellos no son solubles en agua. Sus principales funciones biológicas consisten en almacenar el glucógeno combustible en el citoplasma de la célula (como en el caso del almidón) y constituir elementos estructurales extracelulares (por ej. la celulosa) . Los ejemplos mas destacados de polisacáridos son:
Almidón: es el mas importante desde el punto de vista alimentario. El almidón resulta de la condensación de n moléculas de α -glucosa y esta formada por dos estructuras diferentes: la amilasa y la amilopectina.
Granos de almidón en célula vegetal de una semilla de lenteja

Dextrinas: originadas por desdoblamiento parcial del almidón por acción de enzimas, calor o acido. Son mas solubles y digeribles que el almidón.
Glucògeno: es un polisacárido natural presente en los tejidos animales, donde desempeña el misma de reserva que el almidón en los vegetales. Se encuentra en proporción de 0.7 % en el tejido muscular y 6% en el hígado.
Al igual que la amilopectina, resulta de la condensación de n moléculas de glucosa con uniones α 1-4 y α 1-6, pero su estructura es algo mas ramificada y de mayor peso molecular que la de la amilopectina.
Estructura molecular del Glucògeno

Estructura del Glucògeno

Celulosa: es un polisacárido compuesto exclusivamente de moléculas de glucosa; es pues un homopolisacárido (compuesto por un solo tipo de monosacárido); es rígido, insoluble en agua, y contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de β-glucosa.
A pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar la celulosa como fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos . Es por esta razón que se la utiliza en la elaboración de helados dieteticos, por que retiene agua y al no poder ser digerida, no aporta calorías.

Digestión de los glùcidos Los únicos glùcidos directamente absorbibles son los monosacáridos, los disacáridos y polisacáridos presentes en los alimentos, para poder ser utilizados por el organismo deben ser previamente desdoblados por hidrólisis. El proceso de digestión de los Hidratos de Carbono comprende un conjunto de acciones mecánicas, físico-químicas y enzimáticos. El estado en que se encuentran los glùcidos en los alimentos es muy diverso, algunos son insolubles en agua, como el almidón y la celulosa, otros, en cambio son muy solubles, como los mono y disacáridos. Las cocción de los alimentos favorece, en general, la solubilizaciòn y digestibilidad de los Hidratos de Carbono. La masticación facilita también la extracción de los Hidratos de Carbono para luego ser “atacados” por los jugos digestivos

Digestión enzimática
El proceso de digestión enzimático se inicia en la boca y se completa en el intestino.
Digestión bucal: la ptialina, enzima que se encuentra presente en la saliva comienza a degradar al almidón en la boca. La acción de esta enzima es muy limitada, si bien se activa en medio prácticamente neutro (pH 6,8) de la saliva, se inactiva en medio acido, es decir, cuando el bolo alimenticio penetra en el estomago.
La digestión comienza en la boca

2. Digestión intestinal: esta tiene lugar en
La zona intraluminal del intestino donde por la acción de la amilasa comienza la hidrólisis del almidón. La amilasa pancreática actúa fundamentalmente en la región intraluminal del intestino, la misma es activa solamente sobre las uniones α 1-4 no terminales, hidroliza por lo tanto a la amilosa desdoblándola en maltosa y malotriosa.
En cambio no es activada sobre las uniones α 1-6 ni α 1-4 adyacentes a una de aquellas, por lo cual la hidrólisis de la amilopectina origina ademas de la maltosa y la maltoriosa, oligosacaridos de 6 a 8 unidades de glucosa ramificados denominadas dextrinas.
La amilosa es mas difícilmente atacada por la amilasa que la amilopectina debido a su estructura helicoidal: así los almidones naturales con 25% de amilosa, son en general mas fácilmente digeribles

La digestión intestinal, es completada por acción de las disacarasas sobre el borde de la membrana del epitelio intestinal.
En la región de la microvellosidades tiene lugar la hidrólisis de los oligosacaridos originados tanto en la hidrólisis del almidón como los que provienen directamente de la dieta, todos los cuales son transformados en monosacaridos como paso previo a su absorción. Esta hidrólisis se realiza por contacto físico de los sustratos con las enzimas especificas (disacaridasas) que alli se hallan localizadas, de modo tal que los disacáridos no necesitan penetrar en el epitelio intestinal para ser hidrolizados

Absorción
Las hexosas liberadas en el proceso digestivo son absorbidas en su mayor parte en el mismo lugar de la hidrólisis; sin embargo, otra porción avanza sobre la superficie de la mucosa, para ser absorbida en zonas distales: así la absorción de la glucosa es máxima en la parte media del intestino, el yeyuno, disminuyendo en el íleo. En el proceso de hidrólisis se forma suficiente cantidad de monosacáridos como para que la absorción se realice a una máxima velocidad. La absorción de los monosacáridos se realizada por mecanismos específicos. El tamaño de la molécula de la glucosa y la galactosa, pese a su solubilidad en agua, les impide pasar rápidamente a través de los poros de la membrana intestinal. Sin embargo, su absorción es muy rápida ya que son llevados por un transportador especifico y eficiente que no se satura con concentraciones elevadas.

Este transportador se une con una molécula de glucosa o galactosa y con una molécula de Na, y los trasloca a ambos hacia el interior de la célula, junto con un arrastre de agua. La entrada de Na se produce a favor de un gradiente electroquímico, y esta energía es la que utiliza el monosacárido para ser co-transportado.
El sistema de entrada no esta ligado a los procesos metabólicos liberadores de energía sino que funciona por el gradiente de Na, que se mantiene, continuamente por la actividad de la ATPasa, Na-K dependiente, presente en la membrana, que saca Na permanentemente de la célula hacia la membrana.
La manosa, cuya estructura no es aceptable por el sistema transportador, se absorbe en forma lenta por difusión.
La fructosa a su vez es absorbida en forma mas lenta que la glucosa por un sistema de difusión facilitada, no dependiente del Na.
La absorción de las pectosas también es lenta y se produce por difusión simple.
TODOS LOS MONOSACARIDOS ABSORBIDOS SON TRANSPORTADOS POR LA VENA PORTA HACIA EL HIGADO; SIN EMBARGO YA EN LA MUCOSA INTESTINAL LA FRUCTOSA Y LA GALACTOSA ABSORBIDAS, SE TRANSFORMAN, PARTE EN GLUCOSA, POR LO CUAL ESTA ES LA QUE APARECE CASI UNICAMENTE EN LA SANGRE.

Otras funciones importantes de los Hidratos de Carbono son: * Influencia sobre el metabolismo hídrico y mineral: los glùcidos en el organismo tiene la propiedad de conservar agua y electrolitos aunque su aporte dietetico sea solo de 100 g. diarios. * Efecto anticetogènico: el efecto anticetogènico de los Hidratos de Carbono es muy conocido y se relaciona con el metabolismo de los ácidos grasos. Cuando la producción de glicerolfosfato no es lo suficientemente elevada como esterificar los ácidos grasos en el hígado, se generan cuerpos cetonicos capaces de producir cetonemia y cetonuria. Dichos de otro modo, es importante consumir consumir glùcidos, porque si el organismo no cuenta con estos, se “queman” lípidos y se producen cuerpos cetonicos. Este efecto tiene que ser considerado a la hora de utilizar dietas hipocalóricas * Efectos sobre los niveles de lipidos en el plasma: en los ultimos tiempos se demostró que la ingesta excesiva de glucidos en la dieta produce hiperlipemia, la cual esta relacionada con la aterosclerosis y enfermedades coronarias *Acción de ahorro sobre las proteínas

Ahora que ya hemos estudiado lo suficiente sobre los Hidratos de Carbono, te propongo realizar el siguiente cuestionario. El mismo te ayudara a comprobar cual es tu nivel de conocimiento sobre el tema. EVALUACIÒN

Responde a las siguientes preguntas
¿Qué hexosa es de importancia para el desarrollo de los niños? ¿Por qué?
¿Qué enzima hidroliza al almidón? ¿Dónde tiene lugar esta hidrólisis?
¿ Cual es la relación existente entre el efecto anticetogènico y las dietas hipocalóricas?
Caracteriza a los Hidratos de Carbono que son directamente absorbibles
¿ Porque la celulosa se utiliza en la elaboración de helados dieteticos?

Matías Actis Química de los alimentos 4 to año del Profesorado para EGB 3 y Polimodal en Química con trayecto en Ciencias Naturales Instituto Superior de Formación Docente nº 119 Junio de 2008

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