Los carbohidratos en biología: formación, funciones y enlaces glucosídicos

Carbohidratos: una clase de macromoléculas

Las macromoléculas son moléculas orgánicas grandes que están formadas por moléculas más pequeñas conocidas como monómeros . Las macromoléculas son responsables de nuestra composición química y de impulsar los procesos fisiológicos que sustentan la vida. Hay cuatro clases de macromoléculas: proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos . Para esta lección, profundicemos en la estructura y función de los carbohidratos y cómo son utilizados por el cuerpo humano.

Estructura y denominación de carbohidratos

La palabra «carbohidrato» proviene del hecho de que estas moléculas están compuestas de carbono , hidrógeno y oxígeno . Los seres humanos consumen carbohidratos principalmente de fuentes vegetales, donde se producen mediante el proceso de fotosíntesis . La fórmula empírica de los carbohidratos es CH 2 O, lo que significa que por cada carbono en la molécula, hay dos hidrógenos y un oxígeno. Por ejemplo, la glucosa , un azúcar simple, tiene una fórmula de C 6 H 12 O 6 . Los azúcares simples son los monómeros de los carbohidratos y se conocen como monosacáridos.. Los monosacáridos se pueden unir a través de enlaces químicos llamados enlaces glicosídicos para formar estructuras más grandes. Si dos monosacáridos están unidos, la nueva estructura se llama disacárido , mientras que tres monosacáridos unidos forman un trisacárido. Los polisacáridos son carbohidratos que contienen muchos azúcares simples y, a menudo, se conocen como carbohidratos complejos .

Función de los carbohidratos

Los carbohidratos cumplen muchas funciones dentro de los sistemas biológicos. Primero, los carbohidratos se utilizan para producir energía celular en forma de trifosfato de adenosina o ATP. El ATP se produce mediante el proceso de respiración celular y los carbohidratos almacenan energía química que puede aprovecharse cuando se catabolizan o descomponen. La cantidad de energía producida por los carbohidratos durante la respiración celular está determinada por la cantidad de oxígeno presente en la célula. En ausencia de suficiente oxígeno, las células pueden producir una cantidad mínima de ATP a través de un proceso conocido como fermentación.. Sin embargo, en presencia de oxígeno, las células pueden catabolizar completamente los carbohidratos para producir la máxima cantidad de ATP. Todas las células del cuerpo, excepto los glóbulos rojos, tienen la capacidad de utilizar carbohidratos para la respiración celular. En ciertas células (como las células nerviosas), los carbohidratos son la única fuente de energía que se puede utilizar.

Además de la producción de energía, los carbohidratos juegan un papel importante en la regulación del uso de proteínas y grasas por parte del cuerpo. Si el cuerpo tiene suficientes carbohidratos para producir ATP, entonces el cuerpo almacenará el exceso de energía en forma de grasas para uso futuro. Asimismo, los carbohidratos evitan el uso de proteínas para obtener energía, lo cual es importante para actividades de alta energía como el ejercicio. Finalmente, los carbohidratos pueden combinarse con proteínas y lípidos para formar estructuras celulares dentro de la membrana plasmática, conocidas como glicoproteínas y glicolípidos respectivamente. Estas moléculas funcionan en la comunicación y mensajería celular.

Vínculos glucosídicos

Los enlaces glucosídicos se forman a través de una reacción conocida como síntesis de deshidratación . En la síntesis por deshidratación, el agua se elimina de los reactivos para formar o sintetizar un nuevo enlace. La Figura 1 demuestra este proceso en la formación de enlaces glicosídicos entre moléculas de glucosa para construir el disacárido maltosa. Este proceso se puede realizar repetidamente para generar carbohidratos complejos grandes, como almidón y celulosa . Los enlaces glucosídicos se presentan en dos formas: alfa y betavínculos. En los seres humanos, los enlaces alfa son las formas que se pueden digerir y utilizar con fines nutricionales. Por ejemplo, el cuerpo humano puede utilizar el almidón en los alimentos vegetales y, por lo tanto, contienen enlaces alfa. Además, los seres humanos almacenan glucosa en forma de un carbohidrato complejo conocido como glucógeno , que se puede encontrar principalmente en las células hepáticas y musculares y también contiene enlaces alfa. Los carbohidratos con enlaces beta, aunque en muchos casos son comestibles, no serán digeridos ni utilizados como energía por las células del cuerpo. Los carbohidratos no digeribles se conocen colectivamente como fibra .

Figura 1: Un ejemplo de síntesis de deshidratación en carbohidratos CC por OpenStax

Digestión de carbohidratos

Como se mencionó anteriormente, los enlaces glicosídicos se forman mediante la eliminación de agua de dos monosacáridos adyacentes. El cuerpo humano también puede digerir o descomponer polisacáridos agregando agua a los enlaces que se forman entre los monosacáridos. Este proceso se conoce como hidrólisis y, a través de este proceso, podemos utilizar los monosacáridos para obtener energía, estructuras celulares y más. La Figura 2 muestra cómo se puede hidrolizar el disacárido maltosa para liberar dos monómeros de glucosa. La hidrólisis generalmente requiere enzimas , que son catalizadores biológicos que aceleran los procesos químicos. Sin enzimas, el proceso de hidrólisis se movería demasiado lento para sustentar la vida y nuestros cuerpos no podrían producir suficiente energía.

Figura 2: Un ejemplo de hidrólisis en carbohidratos CC por OpenStax

Resumen de la lección

Los carbohidratos son una clase de macromoléculas que contienen tres elementos básicos: carbono, hidrógeno y oxígeno. Los carbohidratos están compuestos de monómeros llamados monosacáridos , que pueden unirse a través de la síntesis de deshidratación para formar polímeros llamados polisacáridos . Estos enlaces que se forman entre los monosacáridos se conocen como enlaces glicosídicos , que pueden ser digeribles ( enlace alfa ) o indigeribles ( enlace beta ). Para los carbohidratos que son digeribles en el cuerpo humano, los enlaces se someten a hidrólisis.para liberar los monómeros, como la glucosa. Finalmente, los carbohidratos tienen varias funciones, como proporcionar energía química para la respiración celular, el mantenimiento de proteínas y lípidos y la comunicación y señalización celular.

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Rodrigo Ricardo Editor y fundador