Carbohidratos: estructura química, clasificación y funciones.

Los carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos, son moléculas orgánicas que almacenan energía en los seres vivos. Son las biomoléculas más abundantes e incluyen: azúcares, almidones y celulosa, entre otros compuestos que se encuentran en los organismos vivos.

Los organismos que realizan la fotosíntesis (plantas, algas y algunas bacterias) son los principales productores de carbohidratos en la naturaleza. La estructura de estos sacáridos puede ser lineal o ramificada, simple o compuesta y además pueden asociarse con biomoleculas de otra clase.

or ejemplo, los carbohidratos pueden unirse a proteínas para formar glicoproteínas. También pueden asociarse con moléculas de lípidos formando así los glicolípidos, las biomoléculas que forman la estructura de las membranas biológicas. Los carbohidratos también están presentes en la estructura de los ácidos nucleicos.

Inicialmente, los carbohidratos fueron reconocidos como moléculas de almacenamiento de energía celular. Posteriormente, se determinaron otras funciones importantes que los hidratos de carbono cumplen en los sistemas biológicos.

Todos los seres vivos tienen sus células cubiertas por una densa capa de carbohidratos complejos. Los carbohidratos están formados por monosacáridos, unas moléculas pequeñas formadas por tres a nueve átomos de carbono unidos a grupos hidroxilo (-OH), que pueden variar en tamaño y configuración.

Una propiedad importante de los carbohidratos es la tremenda diversidad estructural dentro de esta clase de moléculas, lo cual les permite realizar una amplia gama de funciones como generar moléculas de señalización celular, formar tejidos y generar la identidad de los distintos grupos sanguíneos en humanos.

Asimismo, la matriz extracelular en eucariotas superiores es rica en carbohidratos secretados, esenciales para la supervivencia y la comunicación celular. Estos mecanismos de reconocimiento celular son aprovechados por una variedad de patógenos para infectar sus células huésped.

Los monosacáridos se pueden unir mediante enlaces glucosídicos para formar una gran variedad de carbohidratos: disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. El estudio de la estructura y función de los carbohidratos en los sistemas biológicos se llama glicobiología.

Clasificación

Monosacáridos

Los monosacáridos son las unidades elementales de los carbohidratos, por lo cual son la estructura más simple de un sacárido. Físicamente, los monosacáridos son sólidos cristalinos sin color. La mayoría tiene un sabor dulce.

Desde el punto de vista químico, los monosacáridos pueden ser aldehídos o cetonas, dependiendo de donde se ubique el grupo carbonilo (C=O) en los carbohidratos lineales. Estructuralmente, los monosacáridos pueden formar cadenas lineales o anillos cerrados.

Debido a que los monosacáridos poseen grupos hidroxilo, la mayoría son solubles en agua e insolubles en solventes no-polares.

Dependiendo del número de carbonos que tenga en su estructura, un monosacárido tendrá distintos nombres, por ejemplo: triosa (si tiene 3 átomos de C), pentosa (si tiene 5C) y así sucesivamente.

Disacáridos

Los disacáridos son azúcares dobles que se forman al juntar dos monosacáridos en un proceso químico llamado síntesis de deshidratación, porque se pierde una molécula de agua durante la reacción. También se le conoce como una reacción de condensación.

Así, un disacárido es cualquier sustancia que se compone de dos moléculas de azúcares simples (monosacáridos) vinculadas entre sí a través de un enlace glicosídico.

Los ácidos tienen la capacidad de romper estos enlaces, por esta razón, los disacáridos pueden ser digeridos en el estómago.

Oligosacáridos 

Los oligosacáridos son polímeros complejos formados por pocas unidades de azúcares simples, es decir, entre 3 a 9 monosacáridos.

La reacción es la misma que forma los disacáridos, pero también provienen de la ruptura de moléculas de azúcar más complejas (polisacáridos).

La mayoría de los oligosacáridos se encuentran en las plantas y actúan como fibra soluble, lo que puede ayudar a prevenir el estreñimiento. Sin embargo, los seres humanos no poseen las enzimas para digerirlos en su mayoría, a excepción de la maltotriosa.

Polisacáridos

Los polisacáridos son los polímeros de sacáridos más grandes, están formados por más de 10 (hasta miles) unidades de monosacáridos dispuestos de manera lineal o ramificada. Las variaciones en la disposición espacial es lo que les confiere las múltiples propiedades a estos azúcares.

Los polisacáridos pueden estar compuestos por un mismo monosacárido o por combinación de diferentes monosacáridos. Si se forman por unidades repetidas del mismo azúcar se llaman homopolisacáridos como el glucógeno y el almidón, que son los carbohidratos de almacenamiento de animales y plantas, respectivamente.

Funciones

Las cuatro funciones principales de los carbohidratos son: proporcionar energía, almacenar energía, construir macromoléculas y evitar la degradación de proteínas y grasas.

Los carbohidratos se degradan mediante la digestión en azúcares simples. Estos son absorbidos por las células del intestino delgado y son transportadas a todas las células del cuerpo donde serán oxidadas para obtener energía en forma de adenosina trifosfato (ATP).

Las moléculas de azúcar que no son utilizadas en la producción de energía en un momento dado, son almacenadas formando parte de polímeros de reserva como el glucógeno y el almidón.