Los monosacáridos son los hidratos de carbono más simples y se clasifican según sean derivados de aldehído o de cetona.
Así como el número de átomos contenidos en la molécula.
Las hexosas contienen seis átomos de carbono, y se encuentran en los alimentos, mientras que las pentosas, la ribosa y la desoxirribosa contienen cinco átomos de carbono y se producen durante el metabolismo de los alimentos.
Tres azúcares comunes: la glucosa, la galactosa y la fructosa, comparten la misma fórmula molecular: C6H12O6.
Las hexosas únicas, como la glucosa y la galactosa no requieren digestión y pueden absorberse directamente en el torrente sanguíneo.
Debido a sus seis átomos de carbono, cada uno es una hexosa.
Aunque los tres comparten la misma fórmula molecular, la disposición de los átomos difiere en cada caso.
Sustancias como estas tres, que tienen fórmulas moleculares idénticas pero diferentes fórmulas estructurales, se conocen como isómeros estructurales.
Glucosa
Debido a que la glucosa es la unidad a partir de la cual se componen el almidón, la celulosa y el glucógeno, y debido a su papel especial en los procesos biológicos, probablemente haya más grupos de glucosa en la naturaleza que cualquier otro grupo orgánico.
Es extremadamente importante en la naturaleza como una de las principales fuentes de energía para los organismos vivos, tanto en plantas como en animales.
La molécula de glucosa fue aislada por primera vez en 1747 por el químico alemán Andreas Marggraf, que la obtuvo de pasas.
El nombre glucosa fue utilizado por primera vez en 1838 por Jean Dumas a principios de siglo.
El nombre «glucosa» proviene de las palabras griegas y francesas para «dulce», en referencia al mosto, que es la primera prensa dulce de las uvas cuando se usan para hacer vino.
Emil Fischer investigó la estructura y las propiedades de la molécula, ganando el Premio Nobel de Química en 1902 por su trabajo.
Combustible de la naturaleza (función)
La glucosa es una fuente de energía lista, ya que sus átomos de carbono se oxidan fácilmente para formar dióxido de carbono, liberando energía en el proceso.
La glucosa es el azúcar que producen las plantas durante la fotosíntesis y que circula en la sangre de las personas y otros animales como fuente de energía.
Sin embargo, a diferencia de otros combustibles de hidrocarburos, que son insolubles en agua, los numerosos grupos OH en glucosa le permiten unirse fácilmente al hidrógeno con moléculas de agua, lo que lo hace altamente soluble en agua.
Esto permite que el combustible de glucosa se transporte fácilmente dentro de los sistemas biológicos, por ejemplo, en el torrente sanguíneo de los animales o en la savia de las plantas.
De hecho, el adulto promedio tiene entre 5 y 6 gramos de glucosa en la sangre, que suplirá las necesidades de energía del cuerpo durante solo 15 minutos, después de lo cual los niveles deben reponerse a partir de los compuestos que han sido almacenados en el hígado.
Debido a que la glucosa se encuentra en las frutas maduras, el néctar de las flores, hojas, savia y sangre, a lo largo de los años se le han dado varios nombres comunes, como azúcar de almidón, azúcar en la sangre, azúcar de uva y azúcar de maíz.
El nombre sistemático (IUPAC) es -2, 3, 4, 5,6-Pentahidroxihexanal.
Estructura de la glucosa
La glucosa se denomina monosacárido, ya que está compuesta por una sola unidad, pero es posible ensamblar unidades de azúcar individuales para formar una cadena, de forma muy parecida a como las unidades monoméricas se unen para formar un polímero largo.
Si se unen dos unidades, se forma un disacárido, ejemplos de los cuales son la maltosa o azúcar de malta, lactosa o el azúcar de la leche, que se encuentra solo en la leche de los mamíferos y sacarosa que es el azúcar de mesa, el azúcar de caña o el azúcar de remolacha.
Es posible unir tres unidades de glucosa para formar trisacáridos, o 4 para producir tetrasacáridos, o un número muy grande para fabricar polisacáridos.
Estos carbohidratos complejos son polímeros que se utilizan tanto para almacenar energía como para formar parte de los tejidos estructurales de los organismos vivos.
Debido a que la glucosa tiene 6 átomos de carbono, se clasifica como una hexosa. Específicamente, es un ejemplo de una aldohexosa.
Es un tipo de monosacárido o azúcar simple. Se puede encontrar en forma lineal o cíclica (más común).
Su fórmula simple es CH2O, que indica que hay dos átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono y oxígeno en la molécula.
Los grupos hidrógeno y -OH pueden rotar alrededor de los átomos de carbono en glucosa, lo que lleva a la isomerización.
El D-isómero, D-glucosa, se encuentra en la naturaleza y se utiliza para la respiración celular en plantas y animales.
El L-isómero, L-glucosa, no es común en la naturaleza, aunque puede prepararse en un laboratorio.
La glucosa pura es un polvo blanco o cristalino con una masa molar de 180.16 gramos por mol y una densidad de 1.54 gramos por centímetro cúbico.
El punto de fusión del sólido depende de si la glucosa está en la conformación alfa o beta.
El punto de fusión de α-D-glucosa es 146 ° C (295 ° F, 419 K). El punto de fusión de la β-D-glucosa es de 150 ° C (302 ° F, 423 K).
Un ejemplo es el almidón, que es la forma de almacenamiento de la glucosa utilizada por las plantas. Se encuentra en gránulos en sus hojas, raíces y semillas.
Los almidones naturales son una mezcla de dos tipos de polisacáridos, amilosa y amilopectina.
La amilosa es una cadena lineal grande cuyas unidades de glucosa están conectadas por un enlace 1: 4.
Por otro lado, la amilopectina consiste en muchas cadenas de amilosa unidas para formar una estructura altamente ramificada.
La ramificación ocurre cada 20 a 24 unidades de glucosa y es el resultado de un enlace de 1: 6 entre las unidades de glucosa.
La amilopectina
El glucógeno es la molécula polimérica que se usa para almacenar glucosa en los animales.
Representa aproximadamente el 5% del peso del hígado y el 0.5% del peso de los músculos en el cuerpo.
La estructura de glucógeno es similar a la amilopectina, en que es una molécula fuertemente ramificada que contiene cadenas lineales de unidades de glucosa conectadas.
Cuando se consume un alimento, la glucosa resultante de la descomposición de los carbohidratos ingresa al torrente sanguíneo.
Si una gran cantidad de glucosa permaneciera en la sangre, el equilibrio osmótico entre la sangre y los fluidos de la célula se alteraría y las células se dañarían.
Sin embargo, esto no ocurre, ya que la glucosa no permanece en el torrente sanguíneo, sino que se convierte en glucógeno en el hígado.
La molécula grande y ramificada de glucógeno es ideal para el almacenamiento porque es insoluble y no puede pasar a través de las membranas celulares.
La glucosa tiene la forma cíclica más estable de todas las aldohexosas porque casi todo su grupo hidroxi (-OH) está en la posición ecuatorial. La excepción es el grupo hidroxi en el carbono anomérico.
La glucosa es soluble en agua, donde forma una solución incolora. También se disuelve en ácido acético, pero solo ligeramente en alcohol.
Cuando el nivel de glucosa en la sangre disminuye por ser utilizado en las actividades diarias de las células, el glucógeno se descompone gradualmente en unidades de glucosa que vuelven a entrar en la sangre para reemplazar lo que se ha consumido.
La celulosa
La celulosa es otro polímero de glucosa que se encuentra en las paredes celulares de las plantas. Más del 50% de la materia orgánica total en el mundo es celulosa.
Por ejemplo, la madera es aproximadamente 50% de celulosa, y el algodón es casi 100% celulosa.
Es una molécula lineal fuerte y rígida, y estas características le permiten ser utilizado como el principal soporte estructural para las plantas.
Las unidades de glucosa se mantienen fuertemente unidas mediante enlaces, pero esta vez cada segunda unidad de glucosa se voltea.
Estos enlaces se llaman enlaces b, 1: 4, y los cuerpos humanos no poseen las enzimas necesarias para romper este vínculo.
Por lo tanto, cualquier celulosa que comemos pasa a través del tracto digestivo sin digerir, y actúa como forraje.
Sin embargo, los animales que se alimentan de hierba, como las vacas, pueden digerir la celulosa, ya que tienen estómagos adicionales para contener la hierba durante largos períodos de tiempo, mientras que se descompone por la acción de bacterias especiales.
Glucosa en la sangre
El «nivel de azúcar en la sangre» es la fuente inmediata de energía para llevar a cabo la respiración celular.
La glucosa, que también se conoce como dextrosa, es un azúcar moderadamente dulce que se encuentra en las verduras y frutas.
Cuando la glucosa es fermentada por la enzima zimasa, en la levadura, da como resultado la formación de dióxido de carbono y alcohol etílico.
Es la estructura básica a la que se reducen todos los carbohidratos al final, para el transporte a través del torrente sanguíneo y su uso por las células del cuerpo.
Dos rutas diferentes están involucradas en el metabolismo de la glucosa: una anaeróbica y una aeróbica.
El proceso anaeróbico ocurre en el citoplasma y solo es moderadamente eficiente.
El ciclo aeróbico tiene lugar en las mitocondrias y da como resultado la mayor liberación de energía. Como su nombre lo indica, sin embargo, requiere de oxígeno.
Metabolismo de la glucosa
En primer lugar, es importante tener en cuenta que la glucosa es el principal elemento para el metabolismo humano.
Los organismos usan la glucosa para la respiración y la fermentación en lugar de otro carbohidrato.
La razón es probablemente que la glucosa tiene menos probabilidades de reaccionar con los grupos amino de las proteínas.
La reacción entre carbohidratos y proteínas, llamada glicación, es una parte natural del envejecimiento y consecuencia de algunas enfermedades como la diabetes, que afectan el funcionamiento de las proteínas.
En contraste, la glucosa se puede agregar enzimáticamente a proteínas y lípidos a través del proceso de glicosilación, que forma glicolípidos y glicoproteínas activos.
Si bien con una dieta normal «bien balanceada», la concentración de glucosa en el tiempo en la sangre es el factor clave a considerar en el metabolismo: acumulación y descomposición de la grasa.
Cuando la sangre tiene una alta concentración de glucosa durante un largo período de tiempo, el páncreas activa a la insulina, lo que les indica a las células que deben consumir glucosa.
Estas las colocan en un almacenamiento temporal, llamada glucógeno y colocan todo lo demás en un almacenamiento a largo plazo dentro de las células adiposas o de grasa del cuerpo.
Por otro lado, cuando la sangre tiene una baja concentración de glucosa durante un período de tiempo suficiente, este proceso se revierte.
El páncreas libera una proteína llamada glucagón, se agota el glucógeno, se introducen en el sistema un grupo de otras hormonas (epinefrina, cortisol, testosterona) y los trigliceridos se extraen de sus células grasas y se convierten en Acetil Co-A, que es el precursor clave del proceso que el cuerpo utiliza para generar «energía», es decir, ATP para las células.
Entonces, en lo que se refiere a la digestión, un proceso clave a considerar es la absorción de glucosa en y a través de la pared intestinal.
Es importante tener en cuenta que la tasa de obtener glucosa libre en el torrente sanguíneo es bastante alta cuando se libera glucosa en el tubo intestinal.
La mayor parte de la glucosa se obtiene a través del azúcar de mesa común, pero también se obtiene de los almidones contenidos en alimentos como panes, pastas, maíz, patatas, entre otros.
La concentración normal de glucosa en la sangre es de alrededor del 0,1%, pero es mucho más alta en personas que padecen diabetes.
Cuando la glucosa sufre el proceso de oxidación en el cuerpo, a este proceso se le denomina metabolismo, en este proceso la glucosa libera productos como dióxido de carbono, agua y algunos compuestos nitrogenados, liberándose energía que las células necesitan para sus funciones básicas.
En el cuerpo humano, la glucosa suministra aproximadamente 3,75 kilocalorías de energía por gramo.
Se metaboliza en dióxido de carbono y agua, produciendo energía en forma química como ATP.
Si bien es necesaria para muchas funciones, la glucosa es particularmente importante porque suministra casi toda la energía para el cerebro humano.
El rendimiento energético se puede usar para trabajar o para mantener la temperatura corporal.
El primer paso en la descomposición de la glucosa en todas las células es la glucólisis, que produce piruvato, que es el punto de partida para todos los demás procesos de la respiración celular.
