jueves, 11 de agosto de 2011

La estructura y funcion de los carbohidratos



Composición
Los carbohidratos  que también se conocen como sacáridos, derivan su nombre debido a que muchos de ellos pueden representarse con la formula química (CH2O)n.  La denominación carbohidrato se dio porque los científicos pensaban que los sacáridos eran “carbonos hidratados”, sin embargo muchos se sabe que hay sacáridos modificados que contienen grupos amino, sulfato y fosfato (Mathews et al, 2002)
 Clasificación
Los carbohidratos tienen muchas formas de clasificación, pero desde el punto de vista nutricional interesa la clasificación basada en el número  de sacáridos que integran las cadenas. Hay carbohidratos que se componen de muchas unidades de sacáridos, y también se pueden encontrar en su forma simple. De acuerdo a esta forma de clasificación, los carbohidratos se dividen en monosacáridos, disacáridos y oligosacáridos, y polisacáridos.
Monosacáridos
Como su nombre lo indica, se conforma solamente por una unidad de sacárido. Los monosacáridos se unen para formar las otras cadenas de sacáridos que finalmente conforman los distintos tipos de carbohidratos y raramente se encuentran de forma libre en la naturaleza.
La forma química de los carbohidratos tiene la forma (CH2O)n, en la cual n puede ser un número entre tres y siete; de este número depende la estructura que tome el sacárido. Por ejemplo, si n es igual a 6 la estructura química es en forma de un hexágono y por lo tanto se llaman hexosas, si el n es igual a 5 entonces la estructura tiene forma de un pentágono y por lo tanto se llaman pentosas. El ser humano solamente puede absorber 3 monosacáridos: glucosa, galactosa (ambos hexosas) y la fructosa (que es una pentosa). La estructura química de estos monosacáridos se pueden observar en el cuadro 1.
Cuadro 1: Los tres monosacáridos absorbidos por el ser humano
Tomado de Biochemistry. Quinta Edición. W.H Freeman and Company. 2002 libro disponible en línea http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=stryer&part=A2911

La glucosa es el azúcar distribuido mas ampliamente en la naturaleza y al formar polímeros da como resultado el almidón y celulosa, además que se encuentra en todos los disacáridos comestibles (Mahan et al, 2001).
La fructosa es el mono sacárido más dulce de todos, aunque su dulzor es variable. Por ejemplo en forma cristalina tiene el doble de dulzura que la sacarosa, pero si se disuelve esta dulzura disminuye, probablemente porque forma menos configuraciones dulces (Mahan et al, 2001).
La galactosa no se encuentra en forma libre en la naturaleza. En los seres humanos su aporte mayoritario lo da el consumo de leche, pues la lactosa se conforma de glucosa y galactosa.
Los monosacáridos pueden tener grupos hidroxilo agregados en su configuración, y por lo tanto pierden su valor nutritivo porque no pueden ser metabolizados pero aun así guardan propiedades endulzantes y se pueden utilizar en productos dietéticos. Estos carbohidratos se llaman azúcares de alcohol. El origen, nombre y estructura química se resumen en el siguiente cuadro :

                          Cuadro 2: Estructura de azúcares de alcohol utilizados en la industria

 
Fuente: Biochemistry. W.H Freeman and Company. 2002 libro disponible en linea http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=stryer&part=A2911


Estos monosacáridos pueden ocasionar flatulencia e incluso diarrea pues no son absorbidos en el intestino delgado sino que son metabolizados por las bacterias

 Disacáridos y oligosacáridos
Los disacáridos están formados por la unión de dos unidades de monosacáridos. El enlace químico por medio del cual los sacáridos se unen se llama enlace glicosídico que tiene la particularidad de formar dos configuraciones estructurales distintas, si la posición es hacia abajo se llama enlace beta, y si la orientación es hacia arriba se le llama alfa.
Cada carbón de los sacáridos tiene un numero, por lo tanto, el nombre del enlace glicosídico va a indicar el numero de carbón y el tipo de orientación. Por ejemplo,  dos moléculas de glucosa se pueden de varias formas, dando lugar a 11 configuraciones distintas y por tanto distintos tipos de carbohidratos; una unión alfa de moléculas de glucosa da origen a la maltosa que a su vez forma almidón que es digerible por el ser humano, mientras que una configuración beta da lugar a la celulosa la cual no puede ser digerida por los seres humanos y es lo que se conoce como fibras. Para una mejor visualización de ambos tipos de enlace glicosídico obsérvese la figura 1
                 
              Figura 1: Estructura de los enlaces glicosidicos 

 
Las enzimas digestivas del ser humano solamente pueden hidrolizar cuatro enlaces glicosídicos específicos y por lo tanto 4 disacáridos distintos que se resumen en el siguiente cuadro:
                                Cuadro 3: Disacáridos metabolizados por el ser humano



Fuente: Biochemistry. W.H Freeman and Company. 2002 libro disponible en línea http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=stryer&part=A2911

Como se mencionó anteriormente, los monosacáridos pueden formar cadenas o polímeros. A los polímeros que contienen entre 2 y 20 moléculas de sacáridos se les llama oligosacáridos. Los oligosacáridos son hidrosolubles  y a menudo muy dulces (Mahan et al, 2001), algunos son parcialmente digeribles, pero otros no se digieren del todo sino que pasan al colon en donde son fermentados por la flora intestinal produciendo gases. Ejemplo de esto son la rafinosa (formada por galactosa que está presente en la remolacha y estaquiosa), presente en las leguminosas. Por esta razón, para que estos alimentos no produzcan gases (en particular los frijoles) se pueden remojar varias horas antes de ser cocidos, para que estos oligosacáridos se disuelvan en el agua y se eliminen.
Los fructooligosacaridos son polímeros de fructosa y se pueden elaborar comercialmente a partir de la sacarosa. No son digeribles por el ser humano y utilizados en su mayoría por las bifidobacterias del colon (Mahan et al, 2001). Se ha planteado que el consumo de estos carbohidratos favorece el crecimiento de la flora intestinal, alivian el estreñimiento y mejoran los lípidos sanguíneos.

Polisacáridos
Los polisacáridos son polímeros de gran tamaño que exceden las 20 unidades de sacáridos.
El almidón es producido por las plantas y está conformado por alfa glucanos (son polímeros de glucosa con enlaces alfa 1-4 y ramificaciones por enlaces alfa 1-6). Hay dos tipos de almidón (dependiendo de la cantidad de ramificaciones que contienen los glucanos): la amilosa que tiene pocas ramificaciones y la amilopectina que tiene muchas ramificaciones. Las propiedades físico químicas de los almidones depende de la proporción entre ambos tipos de glucanos; por ejemplo el almidón con mucha cantidad de amilopectina puede absorber agua formando productos gelificados o con mucha viscosidad y es utilizado como espesante y gelificante a nivel industrial. Por otro lado, el almidón con mayor cantidad de amilosa no gelifica aunque absorbe agua y se hincha lo que favorece su disponibilidad para la digestión.
En la figura 2 se puede ver un ejemplo de la estructura de amilosa  y de la amilopectina. Por su estructura, los almidones con mucha cantidad de amilopectina son desdoblados más rápidamente por la acción de las enzimas digestivas lo cual produce una mayor elevación en la glicemia postpandrial (Mahan et al, 2001)

Figura 2: Estructura de la amilosa y amilopectina



Amilosa                         Amilopectina



 
Los seres humanos y animales pueden almacenar una cantidad limitada de carbohidrato, que se llama glucógeno. El glucógeno es un polímero ramificado similar a la amilopectina pero con ramas más cortas y frecuentes (Mahan et al, 2001). En los seres humanos el glucógeno es almacenado en músculo y en hígado. En la figura 3 se puede observar la estructura del glucógeno.

                                                     Figura 3: Estructura del glucógeno

                              
Fuente: Mathews C., Van Holde K., Ahern K. Bioquimica. Pearson Addison Wesley, 3ra edicion. Madrid España.



Por otro lado se encuentran los polímeros no digeribles, los cuales pueden ser homopolímeros (formados por un tipo de mono sacárido) o heteropolímeros. La celulosa es un ejemplo de homopolímero de glucosa formado por enlaces glicosídicos del tipo beta 1-4, es el compuesto más abundante y constituye más del 50% del carbono presente en las plantas. Tiene una estructura de listón que da fuerza mecánica pero rígida y se puede observar en la figura  4. La celulosa es lo que se conoce como fibra insoluble.

                                                       Figura 4: estructura de la celulosa

Fuente: Mathews C., Van Holde K., Ahern K. Bioquimica. Pearson Addison Wesley, 3ra
 
 
Por otra parte, la celulosa puede tener ramificaciones del tipo beta 1-3 lo que hace que la molécula sea menos lineal y más soluble. Este compuesto se llama betaglucanos y es parte de lo que se conoce como fibra soluble.
Las hemicelulosas son heteropolímeros que pueden tener muchas variaciones pero en general están compuestas por un esqueleto de ácido galacturónico y unidades de ramnosa insertadas a intervalos con cadenas laterales de arabinosa y galactosa. Ejemplos de hemicelulosas son las pectinas y gomas.
La estructura de las pectinas se puede ver en la figura   5. Estos compuestos tienen la capacidad de absorber agua y formar un gel, por lo que se utiliza como gelificante para mermeladas, jaleas, yogurt y otros.

                                                          Figura 5: estructura de pectina
 Fuente: Mathews C., Van Holde K., Ahern K. Bioquimica. Pearson Addison Wesley, 3ra edición. 


Por otro lado, las gomas y los mucilagos difieren de la pectina en que las unidades de galactosa se alternan con glucosa y polisacáridos. Su estructura se ilustra en la figura 5


                                                     Figura 5: estructura de un mucilago

 Fuente: Mathews C., Van Holde K., Ahern K. Bioquimica. Pearson Addison Wesley, 3ra edición




  • FUNCIÓN
 Los carbohidratos cumplen diversas funciones que intervienen en diferentes procesos fisiológicos del organismo, entre las cuales se pueden mencionar las siguientes:
*Fuente de energía y reserva de energía.
*Control de la glucosa sanguínea y metabolismo de la insulina
*Glicosilación de las proteínas.
*Metabolismo de colesterol y triglicéridos
*Control en la actividad motora del intestino
 *Microflora
*Producción de ácidos grasos de cadena corta
*Prevención del cáncer

Bibliografias:

FAO (14-18 April 1997).Carbohydrates In Human Nutrition, Report Of A Joint Fao/Who Expert Consultation. Documento consultado el 12 de octubre de 2010 en: http://www.fao.org/docrep/w8079e/w8079e00.htm#Contents

 Zhang Q, Ames J., Smith R.,  Baynes J. (6 de febrero 2009). A Perspective on the Maillard Reaction and the Analysis of Protein Glycation by Mass Spectrometry: Probing the Pathogenesis of Chronic Disease.  J Proteome Res. 8(2): 754–769. doi:10.1021/pr800858h. Documento consultado el 12 de octubre de 2010 en: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2642649/pdf/nihms90739.pdf


Raschka L, Daniel H (Noviembre 2005). Mechanisms underlying the effects of inulin-type fructans on calcium absorption in the large intestine of rats. Bone.;37(5):728-35. Documento consultado el 13 de octubre de 2010 en:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16126464

M Corfe B., Williams E., Bury J., Riley S.(18 de setiembre 2009). A study protocol to investigate the relationship between dietary fibre intake and fermentation, colon cell turnover, global protein acetylation and early carcinogenesis: the FACT study.  BMC Cancer; 9: 332. Published online 2009 September 18. doi: 10.1186/1471-2407-9-332. Documento consultado el 13 de octubre de 2010 en http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2751778/?tool=pubmed

Park Y., Brinton L., Subar A., Hollenbeck A., Schatzkin A (2009). Dietary fiber intake and risk of breast cancer in postmenopausal women: the National Institutes of Health–AARP Diet and Health Study. Am J Clin Nutr ;90:664–71. Documento consultado el 13 de octubre de 2010 en:



No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada