Carbohidratos o hidratos de carbono (definición y clases)

Los carbohidratos son sustancias orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción aproximada de un carbono por cada dos hidrógenos y un oxígeno (CH2O). El término carbohidrato se origina de la proporción 2:1 del hidrógeno con respecto al oxígeno, que es la misma proporción presente en el agua (H2O). Los carbohidratos más nombrados son los almidones y los azúcares, por ser parte de nuestra dieta. La celulosa, el algodón y la madera son también carbohidratos. Algunos animales, como las termitas, pueden alimentarse de estos materiales con ayuda de bacterias.

Funciones de los carbohidratos: En los seres vivos, los carbohidratos cumplen diferentes funciones. En animales, por ejemplo, los carbohidratos son fuente de energía. Sin embargo, pueden formar algunas sustancias importantes, como el ácido hialurónico. En vegetales, estas sustancias son estructurales y forman gran parte del cuerpo del vegetal. Además, La pared celular de las bacterias está formada por carbohidratos.

Clasificación de los carbohidratos: Los carbohidratos se clasifican en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos (figura 1). Monosacáridos y disacáridos son conocidos como azúcares y se diferencian de los polisacáridos, entre otras cosas, por ser dulces y solubles en agua.

carbohidratos
Figura 1. Mapa conceptual de carbohidratos. Clasificación de los carbohidratos.

Monosacáridos (carbohidratos simples)

Son azúcares simples que contienen de tres a seis átomos de carbono. Son polialcoholes con función aldehído o cetona.

Según el número de carbonos pueden ser triosas (3 carbonos), tetrosas (4 carbonos), pentosas (5 carbonos) y hexosas (6 carbonos). Pueden presentar fórmulas estructurales de cadena abierta o cerrada.

Los carbohidratos más simples tienen tres átomos de carbono y se denominan triosas. Por ejemplo, el gliceraldehído, que posee una función aldehído y dos funciones alcohólicas (aldotriosa), y la dihidroxiacetona, con una función cetona y dos funciones alcohólicas (cetotriosa).

carbohidratos
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Las tetrosas o azúcares de 4 carbonos, pueden ser productos intermedios en algunas reacciones del metabolismo. La eritrosa, por ejemplo, participa en las reacciones propias de la fotosíntesis (en el ciclo de Calvin). La eritrulosa, por su parte, es usada en la industria cosmética.

carbohidratos
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La ribosa es una pentosa común (aldopentosa) que es componente del ácido ribonucleico (RNA). Su derivado desoxigenado, la desoxirribosa, que carece de grupo alcohólico en la posición 2, forma parte del ácido desoxirribonucleico (DNA).

carbohidratos
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La glucosa, la galactosa y la manosa son aldohexosas, mientras que la fructosa es una cetohexosa. Su fórmula es (C6H12O6). Es el monosacárido más común.

En la fotosíntesis las algas y las plantas producen glucosa a partir de CO2 y agua, utilizando luz solar como fuente de energía.

En la respiración celular, de seres humanos y demás organismos, se rompen los enlaces de la molécula de glucosa, liberando la energía almacenada, para que pueda utilizarse en el metabolismo celular.

Otras aldohexosas de importancia biológica son la manosa y la galactosa de la leche.

La principal cetohexosa es la fructosa (dulce natural de las frutas). El químico alemán Hermann Emil Fischer, determinó las estructuras de la glucosa y la fructosa.

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Disacáridos

Son compuestos formados por dos monosacáridos unidos mediante un enlace covalente glucosídico, que generalmente se forma entre el C1 de una molécula y el C4 de la otra molécula.

La maltosa (azúcar de malta) tiene dos moléculas de glucosa unidas por un enlace covalente. La lactosa (el azúcar de la leche) se compone de una molécula de glucosa y otra de galactosa. La sacarosa (azúcar de caña), es una molécula de glucosa unida a otra de fructosa. La formación de disacáridos se ilustra en las siguientes reacciones:

Polisacáridos (carbohidratos complejos)

Son macro moléculas en las que se asocian varias unidades de azúcares simples. Generalmente glucosa. Aun cuando el número de unidades presentes es variable, por lo general se encuentran miles de ellas en una sola molécula de polisacárido. Puede ser una cadena simple o ramificada. El almidón es la forma típica en que se almacenan carbohidratos en las plantas. Es un polímero formados por unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos. El almidón se encuentra en dos formas: amilosa y amilopectina.

La amilosa es la forma más simple sin ramificaciones. La amilopectina es la forma habitual y consta de cerca de 1000 unidades en una cadena ramificada. Las ramificaciones ocurren cada 20 o 25 unidades. Las plantas almacenan almidón en gránulos dentro de orgánulos especializados, llamados plastidios. Cuando se requiere energía para el metabolismo celular, la planta somete a hidrólisis el almidón y libera unidades de glucosa. El ser humano posee enzimas capaces de hidrolizar o digerir el almidón.

El glucógeno (almidón animal) es la forma en que se almacena la glucosa en los tejidos animales. Este polisacárido es una cadena muy ramificada que es más soluble en agua que el almidón. La glucosa no puede almacenarse como tal. Sus moléculas pequeñas, sin carga y fácilmente solubles, escaparían de las células. El glucógeno se almacena en hígado y células musculares.

Las células vegetales están rodeadas por una fuerte pared celular, constituida principalmente por celulosa. Ésta, es un polisacárido insoluble compuesto por la unión de moléculas de glucosa. Sus enlaces no se desdoblan por las enzimas que hidrolizan el almidón.

Los seres humanos no tienen enzimas para digerir la celulosa. Por lo tanto, no pueden utilizarla como nutriente. Sin embargo, la celulosa es un componente importante de fibra en la dieta, y ayuda mantener el buen funcionamiento del tracto digestivo.

Taller de lectura

  1. Nombre los carbohidratos comestibles y no comestibles
  2. ¿Cómo hacen las termitas para alimentarse de la madera?
  3. ¿Qué función cumplen los carbohidratos en los organismos?
  4. ¿Qué tipo de átomos contienen los carbohidratos y en qué proporción? Escriba la fórmula general.
  5. ¿De dónde se origina el término carbohidrato?
  6. ¿Cómo se clasifican los carbohidratos?
  7. ¿En qué se diferencian los azúcares de los polisacáridos?
  8. ¿Qué son los monosacáridos y qué tipo de funciones tienen?
  9. ¿Cómo se llaman los azúcares que hay en el ARN y el ADN?
  10. Copie las 8 fórmulas de triosas, tetrosas, pentosas y hexosas.
  11. Escriba la fórmula molecular de la glucosa
  12. ¿Qué relación tiene la glucosa con la fotosíntesis y la respiración?
  13. ¿Qué son disacáridos?
  14. Escriba de dónde se obtiene (naturalmente) cada uno de los siguientes azúcares:
    1. Fructosa
    2. Maltosa
    3. Lactosa
    4. Sacarosa
  15. Escriba las reacciones por las que se forman la maltosa, lactosa y sacarosa
  16. ¿Qué son polisacáridos?
  17. ¿En qué formas se encuentra el almidón y cuál es la diferencia entre ellas?
  18. ¿Cómo almacenan las plantas el almidón y cómo lo utilizan?
  19. ¿Qué es el glucógeno y dónde se almacena?
  20. Nombre el polisacárido que forma la pared celular de las células vegetales y diga cómo está compuesto.