Diferencia entre revisiones de «Carbohidrato»
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|imagen=glucosa.jpg|concepto=Son compuestos de [[carbono]], [[hidrógeno]] y [[oxígeno]]. Los más sencillos se llaman monosacáridos o azúcares simples y son polihidroxialdehídos (aldosas) o polihidroxicetonas (cetosas).
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|concepto=Compuestos orgánicos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, que constituyen una de las principales fuentes de energía para los seres vivos y cumplen funciones estructurales y de almacenamiento.
 
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'''Carbohidratos.''' Término aplicado a un grupo de sustancias que incluyen los [[azúcar]]es, [[almidón|almidones]] y [[celulosa]], junto con muchas otras sustancias relacionadas. Este grupo de compuestos juega un papel de vital importancia en las [[plantas]] y [[animal]]es, tanto como elementos estructurales como para el mantenimiento de la actividad funcional. Las plantas son únicas en la [[naturaleza]] ya que tienen la capacidad de sintetizar carbohidratos a partir del [[Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] y el agua en presencia de la [[clorofila]] de las plantas verdes y energía solar mediante el proceso de la [[fotosíntesis]]. Este proceso es responsable no sólo de la existencia de las plantas, sino también del mantenimiento de la vida de los animales, puesto que éstos obtienen todo su alimento directa o indirectamente de los carbohidratos de las plantas.
 
  
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== Origen del término==
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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.
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El término carbohidrato se originó por la creencia de que existen en la naturaleza compuestos de esa clase; por ejemplo, D-[[glucosa]], [[sacarosa]] (C12H22O11) y [[celulosa]] (C6,H10O5)n podrían ser formalmente representados como hidratos de carbono, es decir, Cx (H2O)y. Más tarde se hizo evidente que esta definición de los carbohidratos no era satisfactoria, ya que fueron descubiertas sustancias nuevas, cuyas propiedades indicaban que tenían las características de los azúcares y pertenecían a las clases de carbohidratos; sin embargo, demostraban una desviación de la relación [[hidrógeno]]-[[oxígeno]] requerida. Ejemplo de éstos, son los deoxi-azúcares; D-[[desoxirribosa]], L-[[fucosa]] y L-[[ramnosa]], los ácidos urónicos y algunos compuestos tales como el ácido ascórbico ([[vitamina C]]). Conservar el término de carbohidrato es, por lo tanto, una conveniencia más que una definición exacta. Un carbohidrato se define como un polihidroxialdehído (aldosa), como una [[cetonas|cetona]] (cetosa), o como una sustancia que da lugar a la formación de alguno de estos compuestos en su hidrólisis. Sin embargo, se incluyó en esta clase de compuestos a sustancias que también contienen [[nitrógeno]] y [[azufre]].
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== Historia y origen del término ==
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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.
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Entre los hitos históricos destacan:
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* 1815: Henri Braconnot descubre la celulosa
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* 1843: Claude Bernard aísla el glucógeno
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* 1894: Emil Fischer determina la estructura de la glucosa y recibe el Premio Nobel en 1902
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* 1950s: Luis Leloir describe el metabolismo de los carbohidratos (Premio Nobel 1970)
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== Clasificación bioquímica ==
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=== Monosacáridos ===
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Los monosacáridos son las unidades básicas de los carbohidratos. Se clasifican según:
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==== Número de carbonos ====
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* Triosas (3C): Gliceraldehído
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* Tetrosas (4C): Eritrosa
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* Pentosas (5C): Ribosa, Desoxirribosa
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*  Hexosas (6C): Glucosa, Fructosa, Galactosa
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*    Heptosas (7C): Sedoheptulosa
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==== Grupo funcional ====:
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* Aldosas: Contienen grupo aldehído (ej. glucosa)
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* Cetosas: Contienen grupo cetona (ej. fructosa)
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=== Disacáridos ===
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Formados por la unión de dos monosacáridos mediante enlaces glucosídicos:
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* Sacarosa: Glucosa + Fructosa (azúcar de mesa)
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* Lactosa: Glucosa + Galactosa (azúcar de la leche)
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* Maltosa: Glucosa + Glucosa (producto de digestión del almidón)
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=== Oligosacáridos ===
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Contienen entre 3 y 10 unidades de monosacáridos:
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* Rafinosa (trisacárido)
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* Estaquiosa (tetrasacárido)
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* Verbascosa (pentasacárido)
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=== Polisacáridos ===
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Macromoléculas formadas por más de 10 unidades de monosacáridos:
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* Almacenamiento: Almidón, Glucógeno (Reserva energética)
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* Estructural: Celulosa, Quitina (Soporte y protección)
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* Funcionales: Heparina, Ácido hialurónico (Actividad biológica específica)
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== Estructura y propiedades ==
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=== Isomería y estereoquímica ===
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Los carbohidratos presentan múltiples formas isoméricas:
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* Isómeros D y L: Según la configuración del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo
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* Anómeros a y ß: Según la configuración del carbono anomérico en formas cíclicas
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* Epímeros: Difieren en la configuración de un único carbono asimétrico
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=== Propiedades físicas ===
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* Solubilidad: Los monosacáridos y disacáridos son solubles en agua
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* Sabor dulce: Varía según el tipo de carbohidrato
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* Actividad óptica: Capacidad de rotar el plano de luz polarizada
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=== Propiedades químicas ===
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* Reducción: Los azúcares reductores pueden reducir iones metálicos
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* Fermentación: Convertidos en alcohol o ácidos por microorganismos
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* Reacción de Maillard: Entre azúcares reductores y aminoácidos
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[[Archivo:Glucosa.jpg|400px|center|Estructuras cíclicas de la glucosa mostrando los anómeros a y ß.]]
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== Funciones biológicas ==
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=== Función energética ===
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* Fuente primaria de energía (4 kcal/gramo)
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* Reserva energética en forma de almidón (plantas) y glucógeno (animales)
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=== Función estructural ===
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* Celulosa: Componente principal de paredes celulares vegetales
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* Quitina: Exoesqueleto de artrópodos y paredes de hongos
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* Peptidoglicano: Pared celular bacteriana
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=== Funciones específicas ===
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* Reconocimiento celular: Glicoproteínas y glicolípidos
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* Señalización molecular: Segundos mensajeros
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* Anticoagulación: Heparina
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== Metabolismo ==
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=== Digestión y absorción ===
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Proceso que ocurre principalmente en el tracto gastrointestinal:
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* Boca: Amilasa salival inicia la hidrólisis del almidón
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* Intestino delgado:
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*    Amilasa pancreática continúa la digestión
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*    Disacaridasas (maltasa, lactasa, sacarasa) completan la hidrólisis
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* Absorción: Monosacáridos se absorben por transportadores específicos
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=== Rutas metabólicas principales ===
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==== Glucólisis ====
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* Ubicación: Citoplasma
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* Función: Conversión de glucosa a piruvato
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* Producción neta: 2 ATP y 2 NADH por molécula de glucosa
  
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== Monosacáridos  ==
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==== Ciclo de Krebs ====
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Químicamente los carbohidratos sólo contienen [[carbono]], [[hidrógeno]], [[oxígeno]]. Uno de los [[carbohidratos]] más sencillos es la [[Glucosa]], un [[Azúcar]] de seis carbonos que no es un sólo componente sino una mezlca de varios azúcares con estructura anular como se indica en la Figura 1. Se puede apreciar que existen diferencias en la posición del oxígeno e hidrógeno en el anillo, lo cual es la causa de las diferencias en la solubilidad, dulzor, velocidad de fermentación y otras propiedades de los azúcares.
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* Ubicación: Matriz mitocondrial
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* Función: Oxidación completa del acetil-CoA
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* Producción: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP por acetil-CoA
  
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[[Image:Glucosa.jpg|Figura 1. Diferentes estructuras de la molécula de glucosa.]]<br>
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==== Gluconeogénesis ====
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* Función: Síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos
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* Ubicación: Hígado (90%) y riñones (10%)
  
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Figura 1. Diferentes estructuras de la molécula de glucosa. <br>
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[[Archivo:Glicolisis2.png|400px|center|Esquema de la ruta glucolítica o de Embden-Meyerhof.]]
  
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== Polisacáridos<br>  ==
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== Importancia en la nutrición y salud ==
  
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Al eliminarse moléculas de agua de las unidades de glucosa (tomando - OH de una y -H de otra) se forma una nueva molécula llamada disacárido si se encadenan más unidades de [[Glucosa]] se forma un polisacárido, en este caso la [[Amilosa]], también conocida como Almidón; igual que en el caso de la glucosa no hay un almidón sino varios tipos de almidón. <br>
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=== Recomendaciones dietéticas ===
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Según la Organización Mundial de la Salud (OMS):
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* 55-75% de la ingesta energética total debe provenir de carbohidratos
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* Menos del 10% de azúcares libres
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* 25-38 gramos de fibra dietética diaria para adultos
  
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El azúcar de mesa, la sacarosa, es un disacárido, al igual que la maltosa, la molécula de la cual se representa a continuación:<br>
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=== Índice glucémico ===
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Clasificación de alimentos según su efecto sobre la glucemia:
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* Alto IG (>70): Pan blanco, glucosa
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* Medio IG (56-69): Azúcar de mesa, plátano
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* Bajo IG (<55): Legumbres, manzana
  
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[[Image:Maltosa.jpg]]
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=== Enfermedades relacionadas ===
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* Diabetes mellitus: Alteración en el metabolismo de la glucosa
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* Intolerancia a la lactosa: Deficiencia de lactasa
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* Enfermedad celíaca: Intolerancia al gluten
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* Obesidad: Consumo excesivo de carbohidratos simples
  
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Encadenando las unidades de glucosa de una manera un poco diferente se forma la celulosa, la cual es un [[Polisacárido]]. Estos enlaces deben romperse para que estos alimentos puedan asimilarse por el organismo humano. Ejemplos de ello son los alimentos: nixtamal, las brevas y otros alimentos que se preparan con lejía o cenizas a fin de romper las cadenas de [[Celulosa|Celulosa]].<br>
+
== Fuentes alimentarias ==
  
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La importancia de los azúcares en los alimentos estriba en que son constituyentes de las [[Dextrinas]], (reciben este nombre por que son capaces de girar la luz polarizada en sentido de las manecillas del reloj), almidones, celulosas (constituyente principal de las paredes de las células vegetales), hemicelulosas, pectinas (presentes en las frutas y plantas suculentas, dan consistencia a las jaleas) y gomas. El rompimiento (o [[Digestión]]) de estas cadenas se logra con ácidos, enzimas o microorganismos.
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=== Carbohidratos complejos ===
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* Cereales integrales: Avena, arroz integral, quinoa
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* Legumbres: Lentejas, garbanzos, frijoles
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* Verduras: Brócoli, zanahorias, espinacas
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* Tubérculos: Papa, batata, yuca
  
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Los azúcares intervienen en la fabricación de las [[Bebidas alcohólicas]], las cuales tienen un amplio consumo. Las plantas verdes producen los carbohidratos en la reacción de [[Fotosíntesis]], que sirven como componentes estructurales (p.ej. la celulosa), reservas de alimento (p.ej. el almidón que abunda en las papas) o componentes de los ácidos nucleicos, claves de la herencia.
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=== Carbohidratos simples ===
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* Frutas: Plátanos, manzanas, naranjas
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* Lácteos: Leche, yogurt
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* Azúcares añadidos: Miel, jarabes, azúcar de mesa
  
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En los animales se halla un polisacárido, el [[Glucógeno]], semejante al almidón; está presente en los músculos y especialmente en el hígado; sirve como reserva de carbohidratos al organismo y proporciona la energía necesaria para el movimiento muscular; cuando hay [[Glucógeno]] en exceso se convierte en grasa, lo cual provoca un incremento de peso corporal.
+
== Aplicaciones industriales ==
  
−
==Clasificación de los azúcares==
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=== Alimentaria ===
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Los azúcares se clasifican en dos grupos: los reductores y los no reductores. Los reductores se distinguen debido a que sus grupos aldehidos o cetonas libres, poseen la propiedad de reducir fácilmente las soluciones alcalinas de muchas sales metálicas, tales como las de [[cobre]], [[plata]], [[bismuto]], [[mercurio]] y [[hierro]]. El reactivo más ampliamente utilizado para este propósito es la solución de Fehling. Los reductores constituyen el grupo más grande. Los monosacáridos y muchos de sus derivados reducen la solución de Fehling. Casi todos los disacáridos, entre ellos la [[maltosa]], [[lactosa]] y otros azúcares menos comunes como celobiosa, gentiobiosa. melibiosa y turanosa también son reductores. El azúcar no reductor más conocido es el disacárido [[sacarosa]]. Entre otros están el disacárido trehalosa, el trisacárido rafinosa y melezitosa, el tetrasacárido estaquiosa y el pentasacárido verbascosa.
+
* Edulcorantes: Sacarosa, jarabe de maíz alto en fructosa
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* Espesantes: Almidones modificados, pectinas
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* Conservantes: Azúcares en mermeladas y jaleas
  
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Los azúcares constan de cadenas de [[átomo]]s de [[carbono]], los cuales se unen unos a otros formando un ángulo tetrahédrico de 109°28'. Un átomo de carbono, al cual se encuentran unidos cuatro diferentes grupos, se llama asimétrico. Un azúcar o cualquier otro compuesto que contenga uno o más átomos de carbono asimétricos posee actividad óptica; esto quiere decir que hace rotar el plano de la luz polarizada hacia la derecha o la izquierda.
+
=== No alimentaria ===
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* Biocombustibles: Etanol a partir de maíz o caña de azúcar
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* Bioplásticos: Ácido poliláctico (PLA) de almidón
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* Textiles: Celulosa para rayón y viscosa
  
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==Metabolismo==
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== Investigación y perspectivas futuras ==
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[[Archivo:Fermentacion_lactica01.jpeg|thumb|<big>'''Fermentación Láctica'''</big><br />''piruvato + NADH + H+------->ácido láctico + NAD+''<br />Se produce en muchas [[bacteria]]s (bacterias lácticas), también en algunos [[protozoos]] y en el [[músculo]] esquelético humano. Es responsable de la producción de productos lácteos acidificados: [[yogurt|yoghurt]], [[queso]]s, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.]]
 
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El metabolismo de los carbohidratos es el área de la [[bioquímica]] y de la [[fisiología]] que estudia la degradación y síntesis de azúcares simples, oligosacáridos, y polisacáridos y el transporte de azúcares a través de las membranas celulares y los tejidos. El rompimiento o catabolismo de azúcares simples, particularmente la glucosa, es una de las principales fuentes de energía para los [[organismo]]s vivos. El catabolismo es anaerobio como en las fermentaciones, o aerobio, esto es, la respiración. En ambos tipos de metabolismo la degradación está acompañada por la formación de enlaces ricos en energía, principalmente el enlace pirofosfato de la coenzima adenosintrifosfato (ATP), la cual sirve como agente de acoplamiento entre diferentes procesos metabólicos. En los animales superiores, la glucosa es el carbohidrato principal de la [[sangre]], la cual es transportada a los tejidos del cuerpo. En plantas superiores, el disacárido sacarosa es almacenado y transportado por los tejidos. Ciertos polisacáridos, como el [[almidón]] y [[glucógeno]], son almacenados como reservas endógenas de alimento en las [[célula]]s de las plantas, animales y [[microorganismo]]s. Otros, como celulosa, [[quitina]] y polisacáridos bacterianos, sirven de componentes estructurales de las paredes celulares. Como constituyentes de tejidos animales y vegetales, diversos carbohidratos se encuentran disponibles para aquellos organismos que dependen de otros organismos vivos o muertos como su fuente de nutrientes. Por lo tanto, todos los carbohidratos naturales pueden ser asimilados por algunos animales o microorganismos.
 
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[[Archivo:Glicolisis2.png|thumb|Glicólisis o via de Embden-Meyerhof.]]
 
  
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Algunos carbohidratos no son utilizados como nutrientes por los humanos. Por ejemplo, la [[celulosa]] no es digerida por los humanos u otros [[mamífero]]s, pero es un alimento útil para aquellos organismos como los [[rumiantes]], que contienen microorganismos en sus tractos digestivos, los cuales la descomponen. Los principales carbohidratos de la dieta aprovechables por los humanos son: los azúcares simples como la glucosa y [[fructosa]], los disacáridos sacarosa y lactosa, y los polisacáridos glucógeno y almidón. La lactosa es el carbohidrato principal de la leche y, por lo tanto, una de las principales fuentes de alimentación durante la infancia. Los disacáridos y polisacáridos que no son absorbidos en forma directa por el [[Intestinos|intestino]], son digeridos primero e hidrolizados por enzimas (glucosidasas) secretadas dentro del canal alimenticio.
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Las áreas actuales de investigación incluyen:
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* Carbohidratos funcionales: Prebióticos y fibra dietética
 +
* Glicómica: Estudio integral de los glicanos
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* Edulcorantes no calóricos: Seguridad y efectos metabólicos
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* Biocombustibles de segunda generación: A partir de residuos lignocelulósicos
  
−
Los azúcares simples llegan al intestino o son producidos ahí a través de la [[digestión]] de los oligosacáridos. Son absorbidos por la mucosa intestinal y transportados a través del tejido hacia la corriente sanguínea. Este proceso requiere la acumulación de azúcar contra un gradiente de concentración y un metabolismo activo de la mucosa como fuente de energía. Los azúcares son tomados de la sangre por el [[hígado]] y son almacenados ahí como glucógeno. El glucógeno del hígado sirve como una fuente constante de glucosa para la corriente sanguínea. Los mecanismos de transporte de azúcares a través de las membranas celulares y los tejidos no son aún completamente conocidos, pero parecen altamente específicos para diferentes azúcares, dependientes de componentes similares a las [[enzimas]].
+
== Véase también ==
 +
* [[Glicobiología]]
 +
* [[Metabolismo energético]]
 +
* [[Fibra dietética]]
 +
* [[Índice glucémico]]
 +
* [[Enfermedades metabólicas]]
  
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La degradación de los monosacáridos sigue una de las vías metabólicas. En las rutas fosforilativas, el azúcar primero es convertido en un éster fosfato. El azúcar fosforilado entonces es
+
== Referencias ==
−
dividido en pequeñas unidades, antes o después de su oxidación. En las rutas no fosforilativas, el azúcar es oxidado hasta su correspondiente ácido aldónico. Subsecuentemente es metabolizado con o sin fosforilación de los productos intermedios. Entre los principales intermediarios en el metabolismo de carbohidratos están el gliceraldehído-3-fosfato y el ácido pirúvico. Los productos finales del metabolismo dependen de cada organismo y, en cierto grado, de las condiciones ambientales. Además del material celular, los productos incluyen: [[Dióxido de carbono|dióxido de carbono]] (CO2), [[alcohol]]es, ácidos orgánicos e [[hidrógeno]] gaseoso. En las llamadas oxidaciones completas, el CO2 es el único producto final excretado. En oxidaciones incompletas se acumulan características de las bacterias del [[vinagre]] y de ciertos [[hongo]]s, los productos finales oxidados tales como el ácido glucónico, cetoglucónico, [[Ácido_cítrico|cítrico]] o [[Ácido fumárico|fumárico]]. Los productos orgánicos finales se encuentran en forma invariable en fermentaciones.
 
  
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La principal ruta fosforilativa relacionada con las fermentaciones
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se conoce como la ruta glucolítica, de la hexosa difosfato o
 
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la vía de Embden-Meyerhof. Esta secuencia
 
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de reacciones es la base de la fermentación del ácido láctico del
 
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músculo de los mamíferos y de la fermentación alcohólica de las
 
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levaduras. El metabolismo de otros azúcares simples, diferentes
 
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de la glucosa, se relaciona con la conversión del azúcar uno de
 
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los intermediarios de las rutas fosforilativas descritas para el
 
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metabolismo de la glucosa.
 
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[[Archivo:Ciclo_del_ácido_cítrico01.jpeg|300px|thumb|Esquema didáctico del ciclo del ácido cítrico.]]
 
  
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El metabolismo oxidativo o respiratorio de los azúcares difiere en varios aspectos del catabolismo fermentativo. Primero, los pasos oxidativos, es decir, la reoxidación del DPNH, están ligados a la reducción de oxígeno molecular. Segundo, el ácido pirúvico, producido por medio del mecanismo glucolítico o cualquier otro, es oxidado hasta formar CO2. Tercero, en la mayor parte de los organismos aeróbicos, las rutas alternativas proveen o reemplazan completa o relativamente la secuencia glucolítica de las reacciones para la oxidación de los azúcares. Cuando aparece el ácido pirúvico como un intermediario metabólico, es normalmente descarboxilado oxidativamente para producir C02, y el fragmento acetilo de dos carbones se combina con la coenzima A. El grupo acetilo entonces es oxidado a través del ciclo de Krebs.
+
=== 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.
  
−
El catabolismo y la biosíntesis de los oligosacáridos y polisacáridos son realizados por el rompimiento enzimático o la formación de enlaces glucosídicos entre los monosacáridos simples que constituyen los carbohidratos complejos. Los principales tipos de enzimas que rompen o sintetizan los enlaces glucosídicos son las
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=== Fuentes especializadas ===
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hidrolasas, o glucosidasas, fosforilasas y transglucosilasas. Las enzimas son altamente específicas con respecto a la porción glucosídica, o fracción y tipo de enlace de los sustratos a los cuales ellas atacan. Las lactasas, por ejemplo, combinan la fracción β-galactosil del disacárido lactosa con el ion hidróxilo del agua para producir galactosa y glucosa. Las maltasas hidrolizan la maltosa para formar dos moléculas de glucosa. Las sacarasas o
+
4. World Health Organization. (2023). Guideline: Sugars intake for adults and children.
−
invertasas son enzimas que hidrolizan la sacarosa para producir glucosa y fructosa. Las amilasas o diastasas son enzimas que hidrolizan (digieren) al [[almidón]]. Las fosforilasas catalizan la fosforolisis reversible de ciertos disacáridos, polisacáridos y nucleósidos mediante la transferencia de fragmentos glucosil al fosfato inorgánico. Las transglucosilasas interconvierten varios disacáridos y polisacáridos por medio de la transferencia de grupos glucosil.
+
5. FAO. (2022). Carbohydrates in human nutrition.
 +
6. Leloir, L. F. (1971). Two decades of research on the biosynthesis of saccharides.
  
−
== Fuentes  ==
+
=== Enlaces externos ===
−
*Córdova Frunz, José Luis (2006). La química y la cocina. En la Ciencia Para Todos. Disponible en [[http://bives.mes.edu.cu/BIVES/01-Colecciones-Digitales/Ciencia-para-Todos/Libros_2/ciencia3/093/htm/laquimic.htm http://bives.mes.edu.cu/BIVES/01-Colecciones-Digitales/Ciencia-para-Todos/Libros_2/ciencia3/093/htm/laquimic.htm]]
+
* [Base de datos de carbohidratos Complex Carbohydrate Research Center]
−
*Zumbado Fernández, Héctor (2004). Análisis químico de los alimentos: métodos clásicos. Ciudad de La Habana: Editorial Universitaria (Cuba). -- ISBN 978-959-16-0253-4 -- 439 pág. 3,755 Kb. Disponible en: [http://biblioteca.ecured.cu/greenstone/collect/l/index/assoc/HASH87bf.dir/doc.pdf http://biblioteca.ecured.cu/greenstone/collect/l/index/assoc/HASH87bf.dir/doc.pdf]
+
* [Carbohydrate Active Enzymes Database (CAZy)]
−
*[http://www.monografias.com/trabajos15/carbohidratos/carbohidratos.shtml Carbohidratos]
+
* [Human Metabolome Database - Carbohidratos]
−
*[http://www.pucpr.edu/marc/facultad/santos/bioquimica446/enero%202011/CAP17%20Glicolisis.pdf Metabolismo de los Carbohidratos]
 
−
*[http://www.alimentacionynutricion.org/es/index.php?mod=content_detail&id=77 Metabolismo Interno. Metabolismo de los carbohidratos]
 
  
−
[[Category:Azúcar]] [[Category:Tecnología_de_los_alimentos]]
+
[[Categoría:Bioquímica]]
 +
[[Categoría:Nutrición]]
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[[Categoría:Metabolismo]]
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[[Categoría:Biomoléculas]]

Revisión del 02:54 20 nov 2025

Carbohidrato
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Glucosa.jpg
Concepto:Compuestos orgánicos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, que constituyen una de las principales fuentes de energía para los seres vivos y cumplen funciones estructurales y de almacenamiento.

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.

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
Estructuras cíclicas de la glucosa mostrando los anómeros a y ß.

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%)
Esquema de la ruta glucolítica o de Embden-Meyerhof.

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]
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