Los carbohidratos son moléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno (C, H, O) e incluyen algunas de las moléculas más relevantes en la vida de los organismos, como son la glucosa, que es universalmente utilizada por las células para la obtención de energía metabólica, el glucógeno contenido en el hígado y el músculo, que forma la reserva de energía más fácilmente accesible para las células del organismo y la ribosa y desoxirribosa que forman parte de la estructura química de los ácidos nucleicos.
Desde el punto de vista químico, los carbohidratos son polihidroxi aldehídos o cetonas y sus polímeros y existen en tres categorías principales distinguibles por el número de unidades de azúcar que los forman: monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Los polisacáridos liberan a la hidrólisis centenares o millares de monosacáridos; mientras que los oligosacáridos producen de dos a l0 monosacáridos y los monosacáridos mismos son las unidades mínimas de los carbohidratos que ya no se pueden hidrolizar. Se les llama carbohidratos debido a que su estructura química semeja formas hidratadas del carbono y se representan con la fórmula Cn (H2O)n.
Los carbohidratos tienen diversas funciones en el organismo destacan: su papel como combustible metabólico (1 g de carbohidrato produce 4 Kilocalorías); como precursores en la biosíntesis de ácidos grasos y algunos aminoácidos y; como constituyentes de moléculas complejas importantes: glucolípidos, glucoproteínas, nucleótidos y ácidos nucleicos.
Monosacáridos
Hay dos familias de monosacáridos las ALDOSAS y las CETOSAS. Las aldosas y cetosas más abundantes en la naturaleza tienen entre 3 y seis átomos de carbono. Normalmente, las cetosas se denominan insertando la sílaba ul en el nombre de la aldosa correspondiente. Ejemplo:
Aldosas ----> Cetosas
Ribosa ----> Ribulosa
Eritrosa ----> Eritrulosa
GLICERALDEHÍDO y DIHIDROXIACETONA: Ambas moléculas se encuentran en la vía de la glucólisis formando los intermediarios llamados las “triosas fosfato” pues las dos están presentes como ésteres del ácido fosfórico, que se transforman de manera reversible una en la otra, por la acción de la enzima triosa fosfato isomerasa.
RIBOSA y RIBULOSA: Ambas son importantes por participar en el ciclo de las pentosas y en el Ciclo de Calvin de la fotosíntesis. La ribosa tiene la función adicional de formar parte de todos los nucleótidos del RNA y cuando pierde el oxígeno del carbono 2, se transforma en la desoxiribosa, presente en todos los nucleótidos del DNA.
GLUCOSA y FRUCTOSA: La aldohexosa glucosa es tal vez el monosacárido de mayor importancia para el metabolismo celular, pues todas las células la aceptan para alimentar las vías principales del metabolismo: La glucosa puede, siguiendo el eje metabólico central, oxidarse totalmente hasta CO2 y agua, impulsando la síntesis de ATP; dirigirse hacia la síntesis del glucógeno; alimentar el ciclo de las pentosas; dirigirse hacia la síntesis de los ácidos grasos y los triacilgliceroles o bien terminar en la producción de lactato, cuando las células funcionan en condiciones de carencia de oxígeno.
Actividad óptica de los carbohidratos
Los monosacáridos con excepción de la dihidroxiacetona, son ÓPTICAMENTE ACTIVOS, es decir, hacen girar el plano de la luz polarizada ya que tienen uno o más átomos de carbono asimétricos (quirales). En general, una molécula con n centros quirales puede tener 2n estereoisómeros. En la nomenclatura de los monosacáridos se pone habitualmente la letra D o L que corresponda según la configuración de su último carbono asimétrico. La D significa que el OH en ese carbono está a la derecha y la L a la izquierda, a diferencia de cuando se escribe d y l en letras minúsculas que hablan solamente del sentido de rotación del plano de la luz polarizada.
Cuando dos azúcares difieren tan sólo en la configuración alrededor de un átomo de carbono asimétrico, se dice que son epímeros entre sí. La glucosa y la galactosa difieren únicamente en la configuración en C-4.
Estructura cíclica
Los monosacáridos con 5 o más átomos de carbono en su esqueleto aparecen en disolución como ESTRUCTURAS CÍCLICAS ya que se forma un enlace covalente entre el átomo de oxígeno de uno de los grupos hidroxilo y el átomo de carbono del carbonilo.
- Los monosacáridos cíclicos cuyos anillos tienen 5 miembros se conocen como FURANOSAS, y los de 6 miembros, PIRANOSAS.
- El enlace covalente intramolecular entre un hidroxilo y el carbonilo forma un HEMIACETAL en las aldosas, y un HEMICETAL en las cetosas.
- Las formas isoméricas de los monosacáridos que difieren entre sí solamente en la configuración alrededor del átomo de carbono hemiacetálico o hemicetálico se denominan ANÓMEROS.
- El grupo carbonilo de las aldosas puede oxidarse, lo que significa que las aldosas son agentes reductores (AZÚCARES REDUCTORES). La sacarosa y la trehalosa no son azúcares reductores porque no tienen el grupo aldehído libre.
Oligosacáridos
De los oligosacáridos importantes en bioquímica, los más relevantes son los disacáridos y entre éstos se hallan: maltosa, sacarosa, lactosa y celobiosa, que pueden diferenciarse observando al tipo de monosacáridos que los forman y el enlace glucosídico que los une:
Maltosa = glucosa + glucosa
enlace alfa 1-4
Sacarosa = glucosa + fructosa
enlace alfa-beta 1-2
Lactosa = galactosa + glucosa
enlace beta 1-4
Celobiosa = glucosa + glucosa
enlace beta 1-4
MALTOSA: La maltosa solo se encuentra como producto de la hidrólisis parcial del almidón, ya sea industrialmente en la fabricación de la cerveza, o bien durante la digestión del almidón en el intestino. Al igual que otros disacáridos, tiene un aldehído potencial libre y es por ello un azúcar reductor.
SACAROSA: La sacarosa es el azúcar común con el cual endulzamos nuestros alimentos y se puede hallar en los productos naturales de sabor dulce como los jugos de las frutas y la miel. Se produce industrialmente a partir de la caña de azúcar y la remolacha azucarera, en cantidades de cerca de 50 millones de toneladas anuales y constituye una parte importante del ingreso de energía en nuestro cuerpo, pues diariamente se toman en promedio 50 g de sacarosa que representan un ingreso de 200 Kcal.
Uno de los aspectos menos favorables de este ingreso calórico es el hecho de que la sacarosa - a diferencia de otros alimentos- es una sustancia químicamente pura, tanto así que la tomamos en forma cristalina y que por ello se absorbe con facilidad en el intestino, generando un aumento de la glucosa circulante y una secreción de insulina que favorece la lipogénesis (formación de grasa).
