Lípidos y carbohidratos: composición y usos

Composición estructural de carbohidratos y monosacáridos

Los monosacáridos son la unidad principal de los carbohidratos y el azúcar simple, ya que no pueden hidrolizarse más a moléculas más simples. La estructura principal de los monosacáridos es CnH2nOn. Como pueden atestiguar quienes disfrutan comiendo galletas, pasteles y otros dulces, los azúcares tienden a tener un sabor dulce y son cristalinos en forma sólida pero claros cuando se disuelven en agua. Los ejemplos de monosacáridos incluyen:

• Glucosa
• Fructosa
• Galactosa

La combinación de dos monosacáridos forma disacáridos, como:

• Sacarosa
• Lactosa: carbohidrato presente en la leche.

La combinación de más de dos monosacáridos da como resultado la formación de polisacáridos, tales como:

• Celulosa: presente en las paredes celulares de las plantas que solo pueden ser degradadas por bacterias y otros organismos de orden inferior.
• Almidón

Los átomos de carbono que se unen a grupos hidroxilo en el medio pueden ser quirales, lo que da como resultado varias formas isoméricas, como alfa y beta-glucosa. Otro ejemplo es que la galactosa y la glucosa son aldohexosas pero tienen propiedades químicas y estructurales bastante diferentes.

Estos diagramas muestran las diferentes formas en que se puede representar la estructura química de la alfa-glucosa, un ejemplo de monosacárido.

Gluconeogénesis y glucogénesis

En esta sección, consideraremos cómo se puede formar la glucosa en el cuerpo y el almacenamiento de glucosa en el cuerpo. Los dos procesos involucrados son:

• Gluconeogénesis
• Glucogénesis

Como su nombre lo indica, la gluconeogénesis implica la formación metabólica de glucosa a partir de moléculas de carbono que no son carbohidratos y, en los vertebrados, ocurre principalmente en el hígado y, en menor medida, en el riñón. Esta vía metabólica es importante durante los períodos de ayuno, inanición, consumo de una dieta baja en carbohidratos o si se realiza ejercicio intenso. En la gluconeogénesis, las fuentes de carbono que no son carbohidratos se convierten en intermedios de piruvato o glucólisis. Las fuentes que no son carbohidratos pueden incluir aminoácidos y triglicéridos glucogénicos (glicerol, ácidos grasos de cadena impar), lactato o acetona derivados de cuerpos cetónicos. Este proceso es estimulado por el glucagón de los islotes pancreáticos.

La glucogénesis implica la formación de glucógeno mediante la adición de moléculas de glucosa. Como ocurre con la gluconeogénesis, la glucogénesis ocurre principalmente en el hígado. El almacenamiento de glucógeno en el hígado permite que el cuerpo tenga una reserva de carbohidratos que se puede aprovechar durante los períodos de escasez de alimentos. Los períodos de descanso o el consumo de una comida rica en carbohidratos que resulta en niveles elevados de glucosa en sangre estimulan la glucogénesis, que es impulsada por la insulina para los islotes pancreáticos.

Clases clave de lípidos

En esta sección, consideraremos tres clases clave de lípidos:

• Esteroides
• Fosfolípidos
• Triglicéridos

Los esteroides se componen de cuatro anillos con diferentes configuraciones moleculares y poseen una variedad de funciones biológicas. En los animales, los esteroides tienen dos funciones principales:

• Forman un componente integral de las membranas celulares y pueden alterar la fluidez de la membrana.
• Sirven como mensajeros químicos, hormonas.

El principal componente estructural de los esteroides incluye diecisiete átomos de carbono que están unidos en cuatro anillos: tres son anillos de ciclohexano de seis miembros y un anillo de ciclopentano de cinco miembros. La variación entre esteroides se basa en lo que está unido a una o más de estas cuatro estructuras de anillo y el estado de oxidación de cada uno de estos anillos, es decir, si es aromático. Ejemplos de esteroides en animales incluyen:

• Esterol: parte de las membranas celulares
• Colesterol que forma la columna vertebral de muchas hormonas esteroides (enumeradas a continuación)
• Estrógeno: juega un papel importante en la reproducción femenina y masculina.
• Testosterona: juega un papel importante en la reproducción masculina y femenina
• Progesterona: ayuda a mantener el embarazo en las mujeres y regula la reproducción masculina.
• Glucocorticoides (como cortisol): exhiben actividad antiinflamatoria y generalmente inmunosupresora
• Mineralocorticoides (como aldosterona): estimulan la reabsorción de sodio / secreción de hidrógeno o potasio por los túbulos contorneados distales en el riñón

Los fosfolípidos (PL) forman la parte principal de las membranas celulares. Consisten en una cabeza hidrófila que incluye un grupo fosfato y dos colas hidrófobas formadas por ácidos grasos que están unidos entre sí con un resto de alcohol. La porción de fosfato puede incluir moléculas orgánicas que incluyen:

• Colina
• Etanolamina
• Serina

Los fosfolípidos de las membranas celulares forman una bicapa lipídica debido a sus características anfifílicas (que contienen regiones tanto hidrofílicas como hidrofóbicas).

Los triglicéridos (TG, triacilglicéridos, TAG) representan un éster formado a partir de tres ácidos grasos y glicerol. Son los principales tipos de grasas presentes en humanos y otras especies animales. Los TAG circulan en la sangre, se almacenan en el tejido adiposo blanco y son secretados por las glándulas sebáceas de la piel. Los TAG se pueden dividir en:

• Grasas saturadas que carecen de grupos de carbono de doble enlace (C = C).
• Las grasas insaturadas que incluyen uno o más grupos C = C, generalmente tienen un punto de fusión más bajo que las grasas saturadas y son líquidas a temperatura ambiente.

Este diagrama muestra dos hormonas esteroides típicas, el estrógeno y la testosterona, que se derivan del colesterol.

Este diagrama muestra los diferentes lípidos que forman la membrana celular siendo el lípido principal los fosfolípidos.

Este diagrama muestra los triglicéridos, incluidos los ácidos grasos saturados e insaturados.

Lipogénesis y acumulación de grasa

Lipogénesis implica la conversión de acetil coenzima A (acetil-CoA) en triglicéridos para el almacenamiento de grasa dentro de los adipocitos. En estas células, la grasa está contenida en gotitas de lípidos citoplasmáticos. La acetil-CoA se metaboliza en el ciclo del ácido cítrico para generar ATP que proporciona energía para otros procesos metabólicos y fisiológicos, incluida la síntesis de proteínas y la contracción muscular. Tanto los ácidos grasos como los triglicéridos están incluidos en la lipogénesis. Los triglicéridos se esterificarán con glicerol y luego se empaquetarán en lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). La adición de unidades de dos carbonos a acetil-CoA da como resultado la síntesis de ácidos grasos. Los triglicéridos se forman en el retículo endoplásmico de las células del hígado y los adipocitos mediante la unión de tres moléculas de ácidos grasos y glicerol. Una vez empaquetado como VLDL, el hígado puede hacer circular dichos lípidos a otros tejidos periféricos.

La grasa se puede acumular alrededor de los órganos internos donde se denomina tejido adiposo visceral (VAT). Otro importante depósito de grasa se encuentra debajo de la piel, también llamado tejido adiposo subcutáneo (SQAT). Si bien un poco de acumulación de grasa es normal, ya que representa energía almacenada, la acumulación excesiva de grasa puede hacer que una persona se considere con sobrepeso u obesidad. La obesidad es un problema de salud cada vez mayor, ya que a menudo va acompañada de otros trastornos metabólicos, que incluyen:

• Enfermedades cardiovasculares
• Diabetes
• Enfermedades hepáticas y renales

Uso de carbohidratos y lípidos para obtener energía

Tanto los carbohidratos como los lípidos contienen energía química y pueden usarse para el almacenamiento de energía que se metaboliza durante períodos de escasez de alimentos o períodos de alta demanda de energía, como el ejercicio intenso. Los lípidos contienen aproximadamente el doble de energía que los carbohidratos. Sin embargo, los carbohidratos se digieren más fácilmente que los lípidos y, por lo tanto, pueden proporcionar energía más rápidamente que la digestión de las grasas. Si bien los carbohidratos complejos pueden ser insolubles en agua, los monosacáridos y disacáridos (como la glucosa y la sacarosa) son solubles en agua, lo que facilita el transporte hacia y desde el hígado y otros lugares de almacenamiento en comparación con los lípidos, que son hidrófobos. Sobre la base de las fortalezas y limitaciones anteriores, los carbohidratos se utilizan para el almacenamiento de energía a corto plazo en forma de glucógeno, mientras que los lípidos son para el almacenamiento de energía a largo plazo como grasas.

Resumen de la lección

Los carbohidratos y grasas ingeridos de la dieta pueden almacenarse y proporcionar energía en momentos de hambruna o debido a una gran demanda de energía. La unidad básica de los carbohidratos es un azúcar simple, monosacáridos , que incluyen glucosa, galactosa y fructosa. Tres tipos principales de grasas en el cuerpo son: esteroides , fosfolípidos y triglicéridos.. La acumulación de grasa puede ocurrir dentro del cuerpo como tejido adiposo visceral (VAT) y debajo de la piel como tejido adiposo subcutáneo (SQAT). El cuerpo puede utilizar tanto los carbohidratos como los lípidos para producir energía. Si bien la grasa proporciona más energía que los carbohidratos, es más difícil de digerir. Por lo tanto, la grasa es más para el almacenamiento de energía a largo plazo. Por el contrario, los carbohidratos se pueden digerir fácilmente y, por lo tanto, proporcionan un almacenamiento de energía a corto plazo.