Capítulo15-Carbohidratos

La palabra carbohidrato proviene de la designación de estas moléculas como hidrato de carbono. No todos los sacáridos se componen solo de C, H y 0 o tienen las proporciones (CH20)n, por lo tanto, sacárido es un término más inclusivo.

La glucosa es el carbohidrato más importante; la mayoría de los carbohidratos de la dieta se absorbe en el torrente sanguíneo como azúcares simples (es decir, monosacáridos).

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La glucosa se absorbe después de la hidrólisis del almidón y los disacáridos de la dieta en el intestino. Otros azúcares simples se absorben después de la digestión y luego se convierten con gran rapidez en glucosa en el hígado.

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La glucosa es el precursor para la síntesis de todos los demás carbohidratos del cuerpo, como el glucógeno para el almacenamiento, la ribosa y la desoxirribosa en los ácidos nucleicos, la galactosa para la síntesis de lactosa en la leche, en glucolípidos y en combinación con proteínas en las glucoproteínas y los proteoglucanos.

Proteoglucanos Tipo de glucoproteína compuesta por glucosaminoglucanos (GAGs) unidos a un núcleo proteico. Componenetes esenciales de la matriz extracelular especialmente en tejidos conectivos como cartílago, piel y vasos sanguíneos.

Las enfermedades vinculadas con el metabolismo de los carbohidratos incluyen la diabetes mellitus, galactosemia, enfermedades por almacenamiento de glucógeno, intolerancia a la fructosa e intolerancia a la lactosa.

El glucoma es el complemento completo de sacáridos de un organismo, ya sea libre o en mo-léculas más complejas. La glucómica, un término análogo a la de genómica y la proteómica, es el estudio integral de los azúcares (glicanos o glucanos y glicoconjugados), incluidos los aspectos genéticos, fisiológicos, patológicos y otros.

Los sacáridos son las biomoléculas más abundantes tanto por su reactividad como por su plasticidad estructural.

1. Los monosacáridos son aquellos azucares que no se pueden hidrolizar en sacáridos más simples: triosas, tetrosas, pentosas, heptosas y la ubicación del grupo carbonilo C=O. Si es un aldehído terminal es una aldosa. Si no es terminal entonces se designa como cetosa.

Para las triosas solo hay dos posibilidades: gliceraldehído y dihidroxoacetona. Los alcoholes polihídricos en los que el grupo aldehido o cetona se redujo a un grupo alcohol, suelen encontrarse de manera natural en los alimentos.

2. Los disacáridos son productos de la condensación de dos unidades de monosacáridos, por ejemplo, lactosa, maltosa, isomaltosa, sacarosa y trehalosa.

3. Los oligosacáridos son productos de la condensación de tres a 10 monosacáridos. Las enzimas humanas son incapaces de digerir a la mayoría de estos.

4. Los polisacáridos son productos de la condensación de más de 10 unidades de monosacáridos.

A veces, los polisacáridos se clasifican como hexosanos o pentosanos, según los monosacáridos constituyentes (hexosas o pentosas respectivamente)

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Además de los almidones y dextranos (que son hexosanos), los alimentos contienen una amplia variedad de otros polisacáridos que se conocen de manera grupal como polisacáridos sin almidón; no son digeridos por las enzimas humanas. Algunos ejemplos son la celulosa de las paredes celulares de la planta.

Los monosacáridos exhiben varias formas de isomería

1. Isomería D y L
2. Presencia de carbonos asimétricos confiere actividad optica. Las soluciones de glucosa a veces se conocen como dextrosa.

Los monosacáridos exhiben varias formas de isomería

3. Estructuras de anillo de piranosa y furanosa: las estructuras de anillo de los monosacáridos son similares a las estructuras de anillo del pirano (un anillo de seis miembros) o el furano (un anillo de cinco miembros). Para la glucosa en solución, más de 99% está en forma de piranosa.

Los monosacáridos exhiben varias formas de isomería

4. Anómeros alfa y beta. La estructura de un anillo aldosa se forma por reacción entre un aldehído y un alcohol. 5. Epímeros 6. Isomería aldosa-cetosa.

Muchos monosacáridos son de relavancia fisiológica

Las pentosas son importantes en nucleótidos, ácidos nucleicos y varias coenzimas. La glucosa, la galactosa, la fructosa y la manosa son las hexosas de importancia fisiológica.

Los sacáridos forman glucósidos con otros compuestos entre sí.

Los glucósidos se forman por condensación entre el grupo hidroxilo del carbono anomérico de un monosacárido y un segundo compuesto que suele ser otro monosacárido (denominado glucona) o un grupo no sacárido (denominado aglucona).

Los sacáridos forman glucósidos con otros compuestos entre sí.

Si el segundo grupo también es un hidroxilo, el enlace O-glucosídico es un enlace acetal. Si el segundo grupo es una amina se forma un enlace N-glucosídico.

Glucona: Monosacárido. Aglucona: No sacárido. Carbono anomérico: Carbono del carbonilo.

Hemiacetal: alcohol reacciona con un aldehído

Hemiacetal: Importantes en los monosacáridos. En la glucosa se estabiliza la forma cíclica mediante hemiacetal entre el grupo aldehído y un -OH en la misma molécula.

Los sacáridos forman glucósidos con otros compuestos entre sí.

Los glucósidos presentan una amplia distribución en la naturaleza; la aglucona llega a ser metanol, glicerol, un esterol, un fenol o una base como la adenina.

Los sacáridos forman glucósidos con otros compuestos entre sí.

Los glucósidos que son importantes en medicina por su acción en el corazón (glucósidos cardiacos) contienen esteroides como la aglucona. Otros glucosidos incluyen antibióticos como la estreptomicina.

Los desoxiazúcares carecen de un átomo de oxígeno

Los desoxiazúcares son aquellos en los que un grupo hidroxilo fue reemplazado por hidrógeno. Un ejemplo es la desoxirribosa.

Los desoxiazúcares carecen de un átomo de oxígeno

En medicina clínica, la acumulación tisular de una cantidad trazadora de 2-desoxiglucosa se usa para detectar tumores con actividad metabólica, que tienen tasas muy altas de captación de glucosa.

Después de ser fosforilada por la hexocinasa, la 2-desoxiglucosa no puede metabolizarse más, por lo que se acumula. Esta acumulación se detecta mediante tomografía por emisión de positrones.

Los polisacáridos suelen proporcionar una de las tres funciones: 1) protección estructural o mecánica, 2) almacenamiento del energía y 3) retener agua para resistir la deshidratación.

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El almidón es un homopolímero de glucosa que forma una cadena glucosídica ɑ llamada glucosano o glucano. Es el carbohidrato dietético más importante en cereales, papas, legumbres y otras verduras.

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Los dos constituyentes principales son la amilosa (13-20%), que tiene una estructura helicoidal no ramificada, y la amilopectina (80-87%), que consta de cadenas ramificadas, formadas por 24 a 30 residuos de glucosa con enlaces ɑ-1 → 4 en las cadenas, y por enlaces ɑ-1 → 6 en los puntos de ramificación.

Enlace 1-6ɑ; el punto de ramificación en la amilopectina y el glucógeno

Las personas con diabetes o prediabetes tienen dificultades para controlar su concentración de glucosa y se las insta a comer carbohidratos complejos, ya que estos aumentan de manera gradual los niveles de glucosa al ingerirlos.

El índice glucémico de un alimento rico en almidón se basa en la medida en que aumenta la concentración de glucosa en la sangre. El glucógeno es el polisacárido de almacenamiento de energía en los animales y, a veces, se le llama almidón animal.

Es una estructura más ramificada que la amilopectina, con cadenas de 12 a 15 residuos de ɑ-D-glucopiranosa (en enlace glucosídico ɑ-1→4) con ramificación mediante enlaces glucosídicos al ɑ-1→6.

Los gránulos de glucógeno muscular (β-partículas) son esféricos y contienen hasta 60 000 residuos de glucosa; en el hígado hay gránulos similares y también rosetas de gránulos de glucógeno que parecen ser β-partículas agregadas.

El hígado suele movilizar con facilidad el glucógeno para satisfacer las necesidades de glucosa de los tejidos periféricos.

La inulina es un polisacarido de fructosa (un fructosano) que se encuentra en tubérculos y raíces de dalias, alcachofas y dientes de león. Las enzimas intestinales no la hidrolizan, por lo que carece de valor nutricional.

Las dextrinas son productos intermedios en la hidrólisis del almidón. La celulosa es el componente principal de las paredes celulares de las plantas.

Es insoluble y consta de unidades de β-D-glucopiranosa unidas por enlaces β1→4 para formar cadenas largas y rectas fortalecidas por enlaces de hidrógeno entrecruzados.

Los mamíferos carecen de enzimas que hidrolicen los enlaces β1→4, por lo que no pueden digerir la celulosa.

La quitina es un polisacárido estructural en el exoesqueleto de crustáceos e insectos y también en hongos. Consiste en unidades de N-acetil-D-glucosamina unidas por enlaces glu-cosídicos β1→4.

La pectina se encuentra en las frutas; es un polímero de ácido galacturónico con enlaces ɑ1→4 con algunas ramificaciones de galactosa o arabinosa, que está metilado de forma parcial.

Celulosa: polímero de glucosa enlazado 1-4β

Quitina: polímero de N-acetilglucosamina enlazado 1-4β

Pectina: polímero de ácido galacturónico enlazado 1-4ɑ parcialmente metilado; algunas ramas de galactosa o arabinosa

Insulina: polímero de fructosa con enlaces 2-1β

Arabinosa: Azúcar simple de 5 carbonos (pentosa) Se encuentra en la pectina.

Los glucosaminoglucanos (mucopolisacáridos) son carbohidratos complejos que contienen aminoazúcres y ácidos urónicos. Suelen unirse a una molécula de proteína para formar un proteoglucano.

Sirven para amortiguar o lubricar otras estructuras, como el tejido conectivo y el cartílago de una articulación. Algunos ejemplos son el ácido hialurónico y el sulfato de condroitina. La heparina es un anticoagulante importante.

Las glucoproteínas son proteínas que contienen cadenas de oligosacáridos ramificados o no ramificados. Se encuentran en las membranas celulares.

Los ácidos siálicos son derivados N-acílicos u O-acílicos del ácido neuramínico.

El ácido neuramínico es un azúcar de nueve carbonos derivado de la manosamina (un epímero de la glucosamina) y el piruvato. Los ácidos siálicos son constituyentes tanto de las glucoproteínas como de los gangliósidos.

Epímero: Es un tipo de isómero en el que 2 moléculas difieren en la configuración de un solo carbono quiral, mientras que el resto de la estructura es idéntica.

Las proteínas llegan a sufrir glicación, que es la adición no enzimática de un sacárido a una proteína. La glicación aumenta a medida que lo hacen los niveles de glucosa.

Una forma glicada de la hemoglobina (hemoglobina A1c) se incrementa en personas con diabetes.

Alrededor del 5% del peso de las membranas celulares se debe a la parte carbohidrato de las glucoproteínas y glucolípidos.

La glucoforina es una de las principales glucoproteínas integrales de membrana de los eritrocitos humanos.

Tiene 130 residuos de aminoácidos y atraviesa la membrana lipídica con regiones polipeptídicas fuera de las superficies externa e interna (citoplásmica).

Los grupos sanguíneos ABO están definidos por diferentes moléculas inmunógenas en los eritrocitos. Los antígenos del grupo sanguíneo ABO son cadenas de oligosacáridos unidas a las proteínas.

Los polimorfismos en la enzima glucosiltransferasa de ABO determinan qué sacárido único se coloca en la cadena de oligosacáridos. El grupo sanguíneo A expresa la transfe-rasa A que coloca N-acetilgalactosamina.

Grupo Sanguíneo ABO: Es un sistema de clasificación de la sangre basado en la presencia o ausencia de antígenos específicos en la membrana de los eritrocitos.

Apoliproteína: Son proteínas que se asocian a los lípidos para formar lipoproteínas, las cuales son partículas esenciales para el transporte de grasas como triglicéridos, fosfolípidos y colesterol en el torrente sanguíneo.

El grupo sanguíneo B expresa la transferasa B que coloca galactosa. Las personas con tipo de sangre O tienen una mutación que produce una glucosiltransferasa de ABO inactiva; no se añade ningún oligosacárido a la proteína.

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Agregar oligosacáridos a las proteínas de la superficie celular las convierte en un antígeno. Las personas con tipo de sangre O no tienen esta modificación y son, por consiguiente, donantes de sangre universales.

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