Carbohidratos estructurales

Tipos de hidratos de carbono estructurales

Empecemos por examinar la definición de hidratos de carbono y los tipos de hidratos de carbono estructurales que existen.

La disposición del carbono con respecto al hidrógeno y al oxígeno da nombre a los hidratos de carbono. Un átomo de carbono (\(C\)), dos átomos de hidrógeno (\(H\)) y un átomo de oxígeno (\(O\)) son los que constituyen la base de los hidratos de carbono.

Hidratos de carbono se utilizan para almacenar energía. El cuerpo humano utiliza cada gramo de esta energía cuando la ingiere, ya que los hidratos de carbono son esenciales para nuestra nutrición.

Además de alimentar tu cuerpo, los hidratos de carbono también ayudan a fabricar lípidos y a construir macromoléculas importantes, y sus subproductos ayudan al Sistema Inmunitario, a la reproducción y a la producción de energía.

Te habrás dado cuenta de que esta combinación de partículas hace que sea un binomio de carbono (carbo-) y agua (-hidrato). La forma en que diferenciamos los hidratos de carbono es por la longitud de estas cadenas atómicas.

Estas cadenas nos permiten clasificar los hidratos de carbono en tres grupos principales:

• Monosacáridos

• Disacáridos

• Polisacáridos

Todos estos hidratos de carbono almacenan energía durante algún tiempo de alguna forma. Los monosacáridos y los disacáridos se conocen como azúcares simples o hidratos de carbono.

Ejemplos de monosacáridos son la glucosa y la fructosa, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Ejemplos de estructuras de monosacáridos. Wikimedia. DsChanz.

La fructosa y la glucosa son isómeros, o moléculas con la misma fórmula \(C_6H_{12}O_6\) pero distinta disposición estructural. Muchos alimentos que consumimos contienen glucosa o fructosa, como las manzanas, las uvas, las peras y las pasas.

Cuando dos monosacáridos se unen, se denomina disacárido. El disacárido más común que muchos de nosotros utilizamos hoy en día es el azúcar de mesa o sacarosa. La sacarosa está formada por los monosacáridos glucosa y fructosa unidos entre sí, como se ilustra en la Figura 2.

Figura 2: Estructura disacárida de la sacarosa. Wikimedia. NEUROtiker.

Lospolisacáridos y los oligosacáridos se consideran hidratos de carbono complejos. Se forman cuando se encadenan muchos grupos de azúcares simples. Los polisacáridos están formados por múltiples monosacáridos o estructuras más complicadas, lo que los convierte en hidratos de carbono complejos. Ejemplos de polisacáridos serían el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

• Losoligosacáridos son hidratos de carbono que suelen constar de tres a diez monosacáridos, mientras que los polisacáridos son, por término medio, más largos. Ejemplos de oligosacáridos son la rafinosa y la oligofructosa.

• Los polisacáridos están formados por múltiples monosacáridos o estructuras más complicadas, lo que los convierte en hidratos de carbono complejos.

• Loshidratos de carbonoestructurales son hidratos de carbono que contribuyen principalmente a la integridad estructural de las células. Los hidratos de carbono estructurales más comunes son los polisacáridos y los componentes de las fibras, como la celulosa, la hemicelulosa, la quitina, etc.

Esto significa que los monosacáridos y los disacáridos son Hidratos de Carbono Simples. Mientras que los oligosacáridos y los polisacáridos son hidratos de carbono complejos.

• Los hidratos de carbono complejos están formados por múltiples monosacáridos unidos entre sí. En general, los oligosacáridos son más cortos que los polisacáridos.

Ejemplos de hidratos de carbono estructurales

Después de comprender los tipos de hidratos de carbono: simples y complejos, y cómo se relacionan los hidratos de carbono estructurales, tenemos que ver ejemplos de hidratos de carbono estructurales.

Algunos de los hidratos de carbono estructurales más comunes son:

• Lacelulosa: El biopolímero más abundante del mundo, formado por enlaces de glucosa que pueden formar fibras densas y componer las paredes celulares de plantas y vegetales. Se encuentra en la madera y el algodón. Los biopolímeros son sustancias producidas por las Células de los organismos vivos.

• Quitina: Polisacárido estructural rico en nitrógeno y presente en la estructura de los Hongos y los exoesqueletos de los artrópodos. Es el Polímero natural más abundante en el mundo después de la celulosa.

• Peptidoglicano: También conocido como mureína, es un copolímero resistente que constituye la Estructura Celular en numerosas Bacterias. Los copolímeros están formados por más de un tipo de monómero en sus cadenas.

Algunos carbohidratos estructurales que son oligosacáridos son:

• Fructooligosacáridos (FOS): Se encuentran de forma natural en las plantas y los humanos suelen utilizarlos como azúcares alternativos porque tienen menos calorías que el azúcar de mesa o la sacarosa.

• Rafinosa: La rafinosa son oligosacáridos que se encuentran en muchos productos vegetales, como las judías y la col, y pueden proteger las semillas de la desecación.

Hidratos de carbono estructurales en las plantas

Algunos de los hidratos de carbono estructurales más importantes en las plantas son

• Celulosa

• Hemicelulosa

• Pectinas

• Fructanos

• Gomas

Celulosa

Lacelulosa son polisacáridos o hidratos de carbono complejos formados por enlaces de glucosa.

Generalmente, la celulosa consiste en la fórmula \((C_6H_{10}O_5)n\) donde n es el número de monómeros presentes en el compuesto. La celulosa es un polímero lineal y ramificado en comparación con el almidón, y tiene enlaces glucosídicos \(\beta\). También está formada por monómeros de glucosa. Las propiedades específicas de la celulosa dependen del número de Monómeros o de la longitud de la cadena de la molécula.

La celulosa compone las paredes celulares de las plantas verdes, como las algas y las plantas terrestres. Las plantas terrestres o terrestres son la mayoría de las plantas que componen la Tierra.

Hemicelulosa

La hem icelulosa es un polisacárido copolímero. También compone las paredes celulares de las plantas terrestres, como la celulosa.

Comparada con la celulosa, la hemicelulosa tiene cadenas más cortas y está ramificada. La hemicelulosa puede encontrarse como fibras reticuladas unidas a la pectina y la celulosa para formar una matriz o conexión de redes que sirva de soporte a las plantas, como se muestra en la Figura 3.

Al ser un copolímero, está formada por múltiples monosacáridos: glucosa, galactosa, xilosa, arabinosa y manosa.

Pectina

Las pectinas son polisacáridos que forman las paredes celulares de las plantas terrestres, como la celulosa. Se encuentra principalmente en las partes no leñosas de las plantas.

La pectina compone las frutas y verduras y suele descomponerse a medida que éstas maduran. Las frutas y verduras se ablandan al madurar porque se descompone la matriz que se muestra en la figura 3. Es el mismo proceso que ocurre durante el otoño, cuando las hojas cambian de color y caen al suelo.

En las plantas del desierto, se ha demostrado que la pectina repara el ADN. Los alimentos que han demostrado contener grandes cantidades de pectina son las manzanas, las naranjas, las peras y las zanahorias.

En entornos industriales, utilizamos la pectina principalmente como agente espesante. Por ejemplo, utilizamos la pectina para espesar las mermeladas y darles la consistencia que conocemos. La pectina está formada principalmente por ácido galacturónico derivado de la galactosa.

Figura 3: Celulosa, hemicelulosa y pectina reticuladas para formar la estructura de las paredes celulares vegetales. Wikimedia. LadyofHats.

Fructanos

Los fructanos son polisacáridos formados por monómeros de fructosa. Los fructanos que tienen una longitud de cadena más corta se conocen como fructooligosacáridos. Se encuentran en la hierba y otras plantas como el ajo, la cebolla y el agave.

Se consideran polisacáridos estructurales porque no son fácilmente digeribles, pero tienen funciones de almacenamiento. Ayudan a las plantas a tolerar el frío y la sequía y regulan la presión osmótica. Los humanos también pueden utilizarlos como edulcorantes alternativos, ya que tienen menos calorías que el azúcar de mesa.

Gomas

Las gomasnaturales son polisacáridos que suelen encontrarse en las partes leñosas de las plantas. Las gomas naturales pueden actuar como agentes aglutinantes o espesantes extraídos de algas verdes como las algas marinas. Uno de los ejemplos más famosos de gomas naturales es el agar.

El agar puede utilizarse en laboratorios para cultivar bacterias en placas de Petri y diagnosticar infecciones, como se ilustra en la Figura 4. También puede utilizarse en postres. También puede utilizarse en postres como gelatinas y helados. El agar está formado por monosacáridos galactosa, agarosa, etc.

Normalmente, las gomas están hechas de una mezcla de monosacáridos.

Figura 4: Placa de agar sangre utilizada para evaluar infecciones. Wikimedia. NIH.

Carbohidratos estructurales en los animales

Algunos de los hidratos de carbono estructurales más críticos en los Animales son la quitina y los Glucosaminoglicanos.

Quitina

• Son polisacáridos que se encuentran en el exoesqueleto de artrópodos como los insectos y en las paredes celulares de los Hongos.

• La estructura de la quitina es similar a la de la celulosa, y es, tras ésta, el segundo biopolímero más abundante del mundo.

• Está formada por monosacáridos de glucosa, salvo que estos monosacáridos de glucosa son derivados amídicos llamados N-acetilglucosamina.

• La quitina es un carbohidrato complejo resistente que sirve de caparazón a los crustáceos. El caparazón o exoesqueleto de la mayoría de los invertebrados se combina con carbonato cálcico para formar un componente más robusto.

• En las mariposas, la quitina puede encontrarse en sus alas en un patrón giroide que permite que la luz se mueva a través de ella, haciéndolas iridiscentes.

Glicosaminoglicanos (GAG)

• Polisacáridos no ramificados formados por unidades de disacáridos. Su estructura difiere porque son alterados por Proteínas conocidas como Enzimas.

• Los glucosaminoglicanos (GAG) se unen a las Proteínas de la Matriz Extracelular para sintetizar proteoglicanos. La matriz extracelular es una conexión tridimensional de redes o matriz compuesta principalmente por Proteínas que ayudan a las células en el soporte y la integridad estructural.

• Algunos ejemplos de proteoglicanos son el sulfato de heparán, un polisacárido lineal que se adhiere a proteínas como el colágeno, y el sulfato de queratina, que son glicosaminoglicanos sulfatados que se encuentran en los huesos y cartílagos de los animales.

Diferencia entre hidratos de carbono estructurales y no estructurales

Los hidratos de carbonoestructurales y no estructurales son dos tipos generales de hidratos de carbono. Ejemplos de carbohidratos estructurales son la celulosa en las plantas, la quitina en los artrópodos y el peptidoglicano en las bacterias.

Ejemplos de hidratos de carbono no estructurales son el almidón y el glucógeno. El almidón almacena energía en las plantas y el glucógeno en los animales.

Loshidratos de carbono no estructurales son el resto de hidratos de carbono que no contribuyen a la integridad estructural de las células. Los hidratos de carbono no estructurales suelen ser hidratos de carbono de almacenamiento, y algunos ejemplos de ellos son:

• Almidón: La principal forma de almacenamiento de energía de plantas como la patata, que está formada por numerosas unidades de glucosa combinadas. El almidón existe en dos formas estructurales: la amilosa es recta y la amilopectina es ramificada.

• Glucógeno: El glucógeno es la principal reserva energética de los animales, alojada en los tejidos corporales y, en menor medida, en el hígado. Puede descomponerse en glucosa por hidrólisis en situaciones de necesidad energética y sirve para que los animales, los hongos y las bacterias almacenen energía.

Aunque los hidratos de carbono estructurales pueden construirse a partir de monosacáridos como la glucosa y la fructosa y de disacáridos como la sacarosa, la mayoría de los azúcares simples no son estructurales, ya que su función principal es almacenar azúcares. Los hidratos de carbono estructurales pueden ser esencialmente compuestos que los organismos vivos utilizan para mantener su forma o integridad estructural. Del mismo modo, las proteínas también pueden ser estructurales.

Las proteínas son otro tipo de compuesto orgánico, como los hidratos de carbono, pero sus funciones principales incluyen actuar como Anticuerpos para proteger nuestro Sistema Inmunitario, Enzimas para acelerar las reacciones químicas, etc.