Hidratos de carbono
Los hidratos de carbono son alimentos básicos en todo el mundo. También reciben mucha atención negativa en los medios de comunicación. A medida que las nuevas dietas de moda entran y salen de moda, cada una tiene una idea diferente para la cantidad adecuada de carbohidratos a consumir. Aunque una vez se consideró un súper alimento, el azúcar (los carbohidratos más simples) ahora se muestra con una luz malvada. ¡Incluso hay un movimiento para reclasificar el azúcar como una droga peligrosa y adictiva! Los polisacáridos (lo que la gente tradicionalmente considera como «carbohidratos») se inventaron universalmente hace unos años, pero ahora hay opiniones encontradas. Las dietas cetogénicas (bajas en carbohidratos, altas en proteínas y grasas) han caído en desgracia debido a los riesgos para la salud, sin embargo, todavía hay un debate sobre si los carbohidratos son buenos para usted o no. Los culturistas afirman que son buenos para el rendimiento del ejercicio y el metabolismo. Los nutricionistas advierten sobre los riesgos de aumentar el azúcar en la sangre y el aumento de peso. Desde el contexto del debate sobre alimentos saludables, no siempre está claro qué son exactamente los carbohidratos. El término tiende a ser utilizado como un término general para cualquier alimento con almidón. Si bien el almidón es un carbohidrato, también hay muchos otros. Los carbohidratos son un macronutriente (moléculas que deben consumirse en cantidades relativamente grandes para mantener la vida). Son la biomolécula más abundante de la tierra y adoptan muchas formas. Los azúcares, las moléculas de señalización, las partes de nuestro sistema inmunitario, los ácidos nucleicos y muchos componentes estructurales se forman a partir de carbohidratos.
La composición química de los carbohidratos les da varias propiedades que les ayudan a cumplir tantos roles diferentes. Lo más importante es que se forman a partir de unidades fundamentales que luego se pueden unir como ladrillos de Lego para formar moléculas grandes y únicas. Las únicas biomoléculas que son mejores que los carbohidratos para hacer esto son las proteínas. La fórmula molecular común para cualquier carbohidrato es
Cn (H2O) n
El nombre de estas moléculas se deriva de esta relación: por cada átomo de carbono (carbo -) hay una cantidad igual de agua (-hidrato). Debido a que la combinación de carbono, hidrógeno y oxígeno se puede oxidar fácilmente, pero tiende a no descomponerse por sí sola, los carbohidratos tienen un alto potencial energético y estabilidad estructural. Esto los hace ideales para alimentar reacciones bioquímicas. De hecho, la oxidación del carbohidrato glucosa es la reacción química fundamental que impulsa toda la vida en la tierra.
Los grupos funcionales más pequeños de carbohidratos son los monosacáridos. La palabra raíz «sacárido» proviene de la palabra griega para dulce, porque estas unidades tienen un sabor dulce característico. Los monosacáridos a veces se conocen como azúcares simples. Forman los carbohidratos más simples y son cadenas de carbonos con muchos grupos funcionales de alcohol (- OH) y un oxígeno especial de doble enlace (cetona o aldosa) que permite que la cadena forme un anillo. Hay muchos ejemplos de azúcares simples que se consumen para obtener energía. La glucosa es la molécula que se mide en los índices de azúcar en la sangre y es la fuente clave de energía biológica para toda la vida.
La fructosa es un tipo de azúcar elaborado en las plantas. Es la fuente de dulzura en el jarabe de maíz con alto contenido de fructosa.
La galactosa es un tipo de azúcar producido por los mamíferos que puede unirse a la glucosa para formar lactosa.
También hay muchos tipos de monosacáridos que no se digieren para obtener energía. La ribosa es el principal componente estructural de los nucleótidos que componen el ADN y el ARN. La manosa es un azúcar simple presente en moléculas de señalización conocidas como glicoproteínas.
Disacáridos
Los tipos de azúcares con los que la mayoría de las personas estarán familiarizadas son los disacáridos, dos monosacáridos unidos entre sí por un enlace especial. El enlace que conecta los dos monosacáridos se llama enlace glucosídico. Ocurren porque un carbono especial en el anillo de un monosacárido (el carbono anomérico) puede combinarse con el grupo-OH en un monosacárido diferente para crear un enlace más agua. Los disacáridos tienen una estructura de doble anillo más grande y tienen una variedad de propiedades basadas en las cuales los monosacáridos están vinculados, así como la ubicación y estereoquímica de los enlaces glucosídicos. Muchos azúcares naturales son disacáridos de glucosa y algunos otros monosacáridos. La sacarosa (azúcar de mesa) consiste en los dos monosacáridos glucosa y fructosa. La lactosa (azúcar de la leche) consiste en los monosacáridos glucosa y galactosa. La maltosa (almidón parcialmente digerido) se compone de dos monosacáridos de glucosa unidos y es el producto de la malta.
Polisacáridos
La mayoría de los carbohidratos no existen como monosacáridos o disacáridos relativamente pequeños, sino que forman cadenas masivas de azúcares simples unidas entre sí por enlaces glucosídicos. Estas estructuras son muy diversas en forma y función, pero se conocen colectivamente como polisacáridos. Técnicamente, el término carbohidrato incluye todos los sacáridos, sin embargo, en el lenguaje informal la gente lo usa para referirse al almidón. Los polisacáridos tienden a no tener el sabor dulce característico de los monosacáridos y disacáridos. Pueden variar mucho en tamaño, desde solo unas pocas unidades de monosacáridos hasta complejos en expansión de cientos de monosacáridos. También pueden tener diferentes estructuras. Los polisacáridos donde el enlace glucosídico ocurre en el mismo lugar en cada unidad hacen cadenas largas que se envuelven alrededor de sí mismos para formar estructuras helicoidales. Alternativamente, algunas unidades pueden tener múltiples enlaces glucosídicos, causando una estructura suelta y ramificada. Finalmente, los polisacáridos pueden estar compuestos enteramente de una sola unidad de monosacáridos (homopolisacáridos) o pueden tener patrones repetitivos de dos o tres monosacáridos diferentes (heteropolisacáridos).
Homopolisacáridos
Los polisacáridos que se utilizan como fuentes de energía tienden a ser homopolisacáridos compuestos de glucosa. En las plantas, esta fuente de energía se llama almidón y viene en dos variedades. La amilosa es un almidón no ramificado. Forma hélices apretadas que se empaquetan en una estructura cristalina. Debido a que está compacta, la amilosa es más densa en energía, pero menos soluble y más difícil de digerir. La amilopectina es un almidón con cadenas cortas y ramificadas. Es fácil de digerir y se disuelve fácilmente en agua, pero es menos denso en energía porque las ramas evitan el empaque apretado. Los cocineros utilizan almidones como fuentes de energía y agentes espesantes. Los animales y los hongos tienen una molécula que es análoga al almidón llamada glucógeno. En lugar de formar estructuras helicoidales como el almidón, el glucógeno forma gránulos de cadenas de glucosa altamente ramificadas unidas a una proteína central. Se produce en el hígado y sirve como almacenamiento de energía a medio plazo para el tejido muscular. La sustancia gelatinosa transparente en el fondo de una lata de spam es principalmente glucógeno.
Los homopolisacáridos también pueden formar materiales estructurales resistentes. La celulosa es un material robusto y fibroso que ayuda a crear paredes celulares en plantas y microorganismos. Se construye a partir de cadenas lineales de glucosa. Sin embargo, a diferencia de la amilosa, la forma de los enlaces glucosídicos hace que la estructura sea insoluble y difícil de digerir. La celulosa se conoce como fibra dietética en los alimentos y constituye la mayor parte de la fibra de algodón, los productos de papel y la madera. La quitina es otro homopolisacárido estructural que ocurre con frecuencia en la naturaleza. Forma los exoesqueletos de los insectos y las escamas de los peces. Al igual que la celulosa, la quitina se forma en cadenas insolubles de glucosa lineal. Sin embargo, cada unidad de glucosa se modifica para tener un grupo de aminas (-NH2) unido a ella.
Heteropolisacáridos
Los heteropolisacáridos contienen dos o tres monosacáridos diferentes en patrones repetitivos. Estos carbohidratos generalmente están estrechamente asociados con un lípido o una proteína que forma estructuras híbridas llamadas glicolípidos o glicoproteínas. Estas moléculas se encuentran ampliamente en plantas, animales y microorganismos. Los componentes y la forma de estas moléculas tienen una enorme diversidad, y la estructura exacta de muchas de ellas aún se desconoce. Muchos heteropolisacáridos son médicamente relevantes. Los ejemplos incluyen el ácido hialurónico, que funciona como un absorbente de choque altamente hidrófilo y lubricante en cartílagos, piel y tejidos neuronales; la heparina, que es un anticoagulante presente de forma natural en la sangre, y las inmunoglobulinas (anticuerpos), que son esenciales para el sistema inmunitario activo.
Conclusión
Los carbohidratos son una gran clase de biomoléculas cuya complejidad y diversidad de funciones rivalizan con la de las proteínas. Su tamaño puede variar desde monosacáridos relativamente simples hasta complejos de polisacáridos en expansión. Tienen una combinación única de estabilidad estructural y energía de alto potencial que los hace ideales entre macromoléculas para alimentar el metabolismo, pero también tienen muchas otras funciones, incluida la señalización de estructuras y células. Hacemos un flaco favor a los carbohidratos solo pensando en ellos como pasta y papas. Son una familia única y muy diversa de moléculas esenciales para toda la vida en la tierra.