Carbohidrato
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Los carbohidratos, también conocidos como glúcidos o hidratos de carbono, son biomoléculas esenciales compuestas principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Constituyen una de las principales fuentes de energía para los organismos vivos y desempeñan funciones cruciales como elementos estructurales y de almacenamiento energético.
Sumario
Historia y origen del término
El término carbohidrato se originó en el siglo XIX a partir de la observación de que muchos de estos compuestos podían representarse mediante la fórmula general C?(H2O)?, lo que sugería que eran esencialmente hidratos de carbono. Esta nomenclatura se mantuvo por conveniencia, aunque posteriormente se descubrieron carbohidratos que no seguían estrictamente esta relación atómica.
Entre los hitos históricos destacan:
- 1815: Henri Braconnot descubre la celulosa
- 1843: Claude Bernard aísla el glucógeno
- 1894: Emil Fischer determina la estructura de la glucosa y recibe el Premio Nobel en 1902
- 1950s: Luis Leloir describe el metabolismo de los carbohidratos (Premio Nobel 1970)
Clasificación bioquímica
Monosacáridos
Los monosacáridos son las unidades básicas de los carbohidratos. Se clasifican según:
Número de carbonos
- Triosas (3C): Gliceraldehído
- Tetrosas (4C): Eritrosa
- Pentosas (5C): Ribosa, Desoxirribosa
- Hexosas (6C): Glucosa, Fructosa, Galactosa
- Heptosas (7C): Sedoheptulosa
==== Grupo funcional ====:
- Aldosas: Contienen grupo aldehído (ej. glucosa)
- Cetosas: Contienen grupo cetona (ej. fructosa)
Disacáridos
Formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlaces glucosídicos:
- Sacarosa: Glucosa + Fructosa (azúcar de mesa)
- Lactosa: Glucosa + Galactosa (azúcar de la leche)
- Maltosa: Glucosa + Glucosa (producto de digestión del almidón)
Oligosacáridos
Contienen entre 3 y 10 unidades de monosacáridos:
- Rafinosa (trisacárido)
- Estaquiosa (tetrasacárido)
- Verbascosa (pentasacárido)
Polisacáridos
Macromoléculas formadas por más de 10 unidades de monosacáridos:
- Almacenamiento: Almidón, Glucógeno (Reserva energética)
- Estructural: Celulosa, Quitina (Soporte y protección)
- Funcionales: Heparina, Ácido hialurónico (Actividad biológica específica)
Estructura y propiedades
Isomería y estereoquímica
Los carbohidratos presentan múltiples formas isoméricas:
- Isómeros D y L: Según la configuración del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo
- Anómeros a y ß: Según la configuración del carbono anomérico en formas cíclicas
- Epímeros: Difieren en la configuración de un único carbono asimétrico
Propiedades físicas
- Solubilidad: Los monosacáridos y disacáridos son solubles en agua
- Sabor dulce: Varía según el tipo de carbohidrato
- Actividad óptica: Capacidad de rotar el plano de luz polarizada
Propiedades químicas
- Reducción: Los azúcares reductores pueden reducir iones metálicos
- Fermentación: Convertidos en alcohol o ácidos por microorganismos
- Reacción de Maillard: Entre azúcares reductores y aminoácidos
Funciones biológicas
Función energética
- Fuente primaria de energía (4 kcal/gramo)
- Reserva energética en forma de almidón (plantas) y glucógeno (animales)
Función estructural
- Celulosa: Componente principal de paredes celulares vegetales
- Quitina: Exoesqueleto de artrópodos y paredes de hongos
- Peptidoglicano: Pared celular bacteriana
Funciones específicas
- Reconocimiento celular: Glicoproteínas y glicolípidos
- Señalización molecular: Segundos mensajeros
- Anticoagulación: Heparina
Metabolismo
Digestión y absorción
Proceso que ocurre principalmente en el tracto gastrointestinal:
- Boca: Amilasa salival inicia la hidrólisis del almidón
- Intestino delgado:
- Amilasa pancreática continúa la digestión
- Disacaridasas (maltasa, lactasa, sacarasa) completan la hidrólisis
- Absorción: Monosacáridos se absorben por transportadores específicos
Rutas metabólicas principales
Glucólisis
- Ubicación: Citoplasma
- Función: Conversión de glucosa a piruvato
- Producción neta: 2 ATP y 2 NADH por molécula de glucosa
Ciclo de Krebs
- Ubicación: Matriz mitocondrial
- Función: Oxidación completa del acetil-CoA
- Producción: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP por acetil-CoA
Gluconeogénesis
- Función: Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos
- Ubicación: Hígado (90%) y riñones (10%)
Importancia en la nutrición y salud
Recomendaciones dietéticas
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS):
- 55-75% de la ingesta energética total debe provenir de carbohidratos
- Menos del 10% de azúcares libres
- 25-38 gramos de fibra dietética diaria para adultos
Índice glucémico
Clasificación de alimentos según su efecto sobre la glucemia:
- Alto IG (>70): Pan blanco, glucosa
- Medio IG (56-69): Azúcar de mesa, plátano
- Bajo IG (<55): Legumbres, manzana
Enfermedades relacionadas
- Diabetes mellitus: Alteración en el metabolismo de la glucosa
- Intolerancia a la lactosa: Deficiencia de lactasa
- Enfermedad celíaca: Intolerancia al gluten
- Obesidad: Consumo excesivo de carbohidratos simples
Fuentes alimentarias
Carbohidratos complejos
- Cereales integrales: Avena, arroz integral, quinoa
- Legumbres: Lentejas, garbanzos, frijoles
- Verduras: Brócoli, zanahorias, espinacas
- Tubérculos: Papa, batata, yuca
Carbohidratos simples
- Frutas: Plátanos, manzanas, naranjas
- Lácteos: Leche, yogurt
- Azúcares añadidos: Miel, jarabes, azúcar de mesa
Aplicaciones industriales
Alimentaria
- Edulcorantes: Sacarosa, jarabe de maíz alto en fructosa
- Espesantes: Almidones modificados, pectinas
- Conservantes: Azúcares en mermeladas y jaleas
No alimentaria
- Biocombustibles: Etanol a partir de maíz o caña de azúcar
- Bioplásticos: Ácido poliláctico (PLA) de almidón
- Textiles: Celulosa para rayón y viscosa
Investigación y perspectivas futuras
Las áreas actuales de investigación incluyen:
- Carbohidratos funcionales: Prebióticos y fibra dietética
- Glicómica: Estudio integral de los glicanos
- Edulcorantes no calóricos: Seguridad y efectos metabólicos
- Biocombustibles de segunda generación: A partir de residuos lignocelulósicos
Véase también
Referencias
Bibliografía básica
- Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2021). Lehninger Principles of Biochemistry (8.ª ed.). W.H. Freeman.
- Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Gatto, G. J. (2019). Bioquímica (9.ª ed.). Reverté.
- Córdova Frunz, J. L. (2006). La química y la cocina. Fondo de Cultura Económica.
Fuentes especializadas
4. World Health Organization. (2023). Guideline: Sugars intake for adults and children. 5. FAO. (2022). Carbohydrates in human nutrition. 6. Leloir, L. F. (1971). Two decades of research on the biosynthesis of saccharides.
Enlaces externos
- Base de datos de carbohidratos Complex Carbohydrate Research Center
- Carbohydrate Active Enzymes Database (CAZy)
- Human Metabolome Database - Carbohidratos
