Tema 3: Hidratos de carbono

1. Tema 3: Hidratos de carbono Dra. María Sofía Giménez

2. HIDRATOS DE CARBONO Los hidratos de carbono son compuestos químicos constituyentes de los organismos vivos, formados por unidades sencillas (monómeros) y por polímeros de esas unidades sencillas Ej: Glucosa, galactosa, fructosa.

3. HIDRATOS DE CARBONO Conocidos también como carbohidratos, glúcidos o azúcares, son compuestos orgánicos formados en su mayoría por carbono, hidrogeno y oxigeno. Son sintetizados y transformados a la forma en que serán utilizados por el organismo, para uso directo como glucosay para depósito como glucógeno. Una vez satisfechas las demandas, los excedentes pasan a formar tejido adiposo. Son la fuente más importante de energía para nuestro cuerpo, representan el 40-80% del aporte total de la energía requerida.

4. CLASIFICACION POR DIGESTIBILIDAD COMPLEJOS SIMPLES

5. Función de los carbohidratos en el cuerpo 4.- Combustible para el S.N.C.: Son esenciales para su buen funcionamiento. En condiciones normales y en ayuno a corto plazo, el cerebro utiliza la glucosa sanguínea como fuente de energía, ya que no tiene depósitos de dicho alimento. 5.- Componente estructural de macromoléculas:son constituyentes de muchas proteínas celulares, como por ejemplo los anticuerpos, y también son determinantes de los diferentes grupos sanguíneos.

6. Clasificación de hidratos de carbono según la cantidad de unidades que los forman: Monosacáridos: glucosa, fructosa y galactosa. Disacáridos:Sacarosa, lactosa y maltosa. Polisacáridos:almidón, glucógeno, celulosa.

7. Monosacáridos : Se componen de una única unidad. Son polialcoholes, que poseen bien una función aldehído como glucosa y galactosa, o una función cetona como fructosa .Según el número de átomos de carbono de las unidades se los puede clasificar en Hexosas (con 6 átomos de C) y pentosas (con 5 átomos de C).

8. Disacáridos: • Los disacáridos o azúcares dobles son un tipo de hidratos de carbono, formados por la condensación (unión) de dos monosacáridos iguales o distintos. • Entre los más importantes se encuentran: • SACAROSA, formada por la unión de glucosa y fructosa. • LACTOSA, formada por la unión de glucosa y galactosa. • MALTOSA, formada por la unión de dos moléculas de glucosa, obtenida por hidrólisis de almidón.

9. Almidón • El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, constituido por amilosa y amilopectina. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. • AMILOSA: Formado por moléculas de glucosa unidas por enlaces alfa 1-4. • AMILOPECTINA: formado por moléculas de glucosa con uniones alfa 1-4 y alfa 1-6, por lo que contiene ramificaciones.

10. Clasificación funcional de polisacáridos

12. POLISACÁRIDOS • Pueden estar formados por unidades elementales idénticas entre sí (homopolisacáridos), como el almidón y el glucógeno; o por dos o más tipos diferentes de unidades elementales (heteropolisacáridos), como la pectina. • Según su función se pueden clasificar en: • ESTRUCTURALES , ej: CELULOSA • DE RESERVA, ej: ALMIDÓN

16. Función de los carbohidratos en el cuerpo 1.- Fuente energética: La energía derivada de la hidrólisis es utilizada finalmente para potenciar la contracción muscular además de todas las formas de trabajo biológico. Se acumulan como glucógeno en el hígado (para mantener los niveles de glucosa en sangre) y en los músculos (300-400 gr. sedentarios, 700 gr. en deportistas), siendo usados como fuente de energía para la contracción muscular durante el ejercicio, en especial cuando es intenso y mantenido. 2.- Ahorro de proteínas:En condiciones normales las proteínas desempeñan un papel vital en el mantenimiento, reparación y el crecimiento, y en grado mucho menor, como una fuente alimenticia de energía. Cuando disminuyen las reservas de carbohidratos, existen vías para la síntesis de glucosa a partir de las proteínas. Pudiendo causar reducción tejido magro y sobrecarga renal.

17. Función de los carbohidratos en el cuerpo 3.- Facilitador metabólico: Facilitan el metabolismo de las grasas. Cuando hay un metabolismo insuficiente de hidratos de carbono (por agotamiento de glucógeno, dieta inadecuada o por ejercicio prolongado), el cuerpo comienza a movilizar grasas a un ritmo mayor, tanto durante el reposo como tras el ejercicio, el resultado es un metabolismo incompleto de las grasas y acumulación de cuerpos cetónicos. Esto puede llevar a acidosis metabólica, que causa respiración rápida (hiperventilación). También se puede presentar confusión o letargo. La acidosis metabólica severa puede llevar a shock o muerte. Esta condición suele producirse en la diabetes mal controlada.

20. CELULOSA Es el principal componente estructural de la pared celular de las células vegetales. Está formada por monómeros de glucosa unidos de manera lineal. El tipo de unión entre ellas (β 1-4) es lo que hace que la celulosa sea muy difícil de hidrolizar.

22. GLUCÓGENO Es el polisacárido propio de los animales. Se encuentra abundantemente en el hígado y en los músculos. Molécula formada por monómeros de glucosa, muy similar en estructura a la amilopectina; pero con mayor abundancia de ramificaciones.

23. El glucógeno es un polisacárido dereserva energéticaen animales. Es soluble en agua y presenta ramificaciones cada 8-12 glucosas, con una cadena muy larga (hasta 300.000 glucosas). Se requieren dos enzimas para su hidrólisis: la glucógeno-fosforilasa y (α1-6) glucosidasa, dando lugar a unidades de glucosa. * Función: Reserva de carbohidratos (glucosa) de movilización rápida. * Se encuentra presente en todos los tejidos, pero especialmente en músculo e hígado. * El glucógeno se localiza en gránulos, en el citosol, asociado a enzimas que cumplen funciones en su metabolismo.

24. La importancia de que el glucógeno sea una molécula tan ramificada es debido a que “la ramificación aumenta su solubilidad”. • La ramificación permite la abundancia de residuos de glucosa no reductores que van a ser los lugares de unión de las enzimas glucógeno fosforilasa y glucógeno sintetasa, es decir, las ramificaciones facilitan tanto la velocidad de síntesis como la de degradación del glucógeno. • El glucógeno es el polisacárido de reserva energética en los animales que se almacena en el hígado (10% de la masa hepática) y en los músculos (1% de la masa muscular) de los vertebrados. Además, puede encontrarse pequeñas cantidades de glucógeno en ciertas células gliales del cerebro.

25. Estructura del Glucógeno

26. Glucógeno Fosforilasa α1-6 glucosidasa o enzima desramificante.

27. Glucogenosis: • Las glucogenosis son un grupo de enfermedades hereditarias con una característica bioquímica común: una alteración del depósito de glucógeno en los tejidos afectados en los que puede estar aumentado o tener una estructura anómala. Se producen cuando existe deficiencia genética de la actividad de alguna de las enzimas que lo degradan o lo sintetizan. De aquí, que los dos tejidos más afectados sean aquéllos en los que el metabolismo del glucógeno es más importante: el hígado y el músculo. • Así, si el hígado es el afectado, se produce hepatomegalia, alteración en la regulación de la glucemia en el período postabsortivo e hipocrecimiento. • Cuando es el músculo, puede aparecer debilidad muscular, fatigabilidad precoz al ejercicio e incluso, en algunos tipos, dolor muscular y contracturas cuando el ejercicio es rápido e intenso. • Estas enfermedades generalmente van acompañadas de valores bajos de glucosa en sangre, inferiores al valor normal y un aumento en el tamaño del hígado.

28. Resumen de polisacaridos: ALMIDÓN: está compuesto de amilosa: formado por moléculas de glucosa unidas por enlaces alfa 1,4 y amilopectina formada por uniones alfa1,4 y alfa 1,6. GLUCÓGENO: está almacenado en hígado y músculo formado por inidades de glucosa alfa 1,4 y alfa 1,6. DEXTRANO es otro homopolisacárido de reserva y ramificado que existe en hongos y bacterias .Las uniones de glucosa son alfa 1,6. CELULOSA: es el homopolímero estructural no-ramificado más importante en los vegetales.Esta formado por uniones de glucosa beta1,4. QUITINA: es un polímero de N-Acetilglucosamina y forma parte de la cubierta de los insectos y crustáceos.. No está ramificado. AGAR: utilizado en microbiología como medio de cultivo, es un `polisacárido formado por residuos de galactosa esterificados con ácido sulfúrico MUCOPOLISACÁRIDOS: son heteropolisacáridos formados por unidades de glucosamina, galactosamina y ácidos urónicos.Forman parte del tejido conectivo.

29. METABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO

30. LA NUTRICIÓN EN ANIMALES VERTEBRADOS DIGESTIÓN EXTRACELULAR Aparato digestivo 1-BOCA 2-FARINGE 3-ESÓFAGO 5-INTESTINO 4-ESTÓMAGO 6-ANO INTESTINO MEDIO INTESTINO POSTERIOR Digestión mecánica y química inicial del alimento Captura alimentos Transporte de materia residual y absorción de agua Impulsa el bolo alimenticio hacia el estómago Absorción alimento Expulsión de heces

31. DIGESTIÓN La digestión del almidóncomienza en la boca, mediante la acción de una enzima llamada ptialina que está presenta en la saliva, la cual cataliza la hidrólisis de unidades de glucosa a nivel de enlaces glicosídicos α-1,4 pero no α-1,6. La enzima continúa ejerciendo su acción en el bolo alimenticio, hasta que este llega al estómago. Allí, el pH ácido del jugo gástrico inhibe la acción de la ptialina. La digestión sigue en el duodeno, donde el almidón continúa siendo hidrolizado por la enzima α-amilasa, segregada por el páncreas. Esta enzima es más activa que la ptialina. El almidón se degrada a unidades menores como maltosa, maltotriosa y oligosacáridos formados por unidades de 4 a 9 monómeros de glucosa. En duodeno, también se encuentran lactosa y sacarosa, provenientes de la leche y el azúcar común, respectivamente. La lactosa es desdoblada en glucosa y galactosa por acción de la lactasa y la sacarosa es desdoblada en glucosa y fructosa por acción de la sacarasa. Estas dos enzimas son llamadas disacaridasas, debido a que hidrolizan unidades de disacáridos. La maltosa, proveniente de la hidrólisis del almidón, es desdoblada en dos unidades de glucosa por acción de la maltasa.

32. ABSORCIÓN DE LOS HIDRATOS DE CARBONO La mayor capacidad de absorción en intestino delgado están en duodeno y en las porciones próximas del yeyuno. En el borde en cepillo de las células intestinales hay proteínas que permiten el transporte de los monosacáridos , son proteínas transportadoras, cuando las mismas unen glucosa para introducirla al interior de la célula, también se unen a ión sodio, que entra en la célula junto con la glucosa. El mismo transportador también transporta galactosa al interior de las células, mientras que fructosa es transportada por otra proteína. La glucosa y galactosa que han entrado al interior de la célula intestinal tienen dos destinos: pasar a sangre directamente y otra , sufrir una serie de transformaciones.

33. Absorción de hidratos de carbono 3Na+ Transporte activo secundario Glu Gal 2K+ Hígado ATP ADP+P Na+ Porta Difusión facilitada Glu Gal Fruc Fruc Difusión facilitada CIRCULACION GENERAL

36. Síndrome de mala absorción de hidratos de carbono • Se caracteriza por la deficiencia de las enzimas encargadas de hidrolizar los disacáridos, las disacaridasas. • La más frecuente es la deficiencia de lactasa, lo cual impide que se desdoble lactosa en glucosa y galactosa. Como consecuencia hay intolerancia a los alimentos lácteos, que al ser ingeridos causan diarrea. • Otra enfermedad se caracteriza por la deficiencia de la proteína transportadora de glucosa. También va acompañada de diarrea. • Como diagnóstico se hace la prueba de función de sobrecarga del hidrato de carbono en cuestión.

37. Prueba de sobrecarga de lactosa Es una prueba que se realiza para saber si el paciente es intolerante a los lácteos debido a una deficiencia de la enzima lactasa. Se procede de la siguiente forma: 1) Se mide los niveles de glucosa en sangre en ayunas. 2) Se le da de beber al paciente una solución conteniendo una sobrecarga de lactosa. 3) Luego se miden los niveles de glucosa en sangre nuevamente. Si el paciente presenta deficiencia de lactasa, los niveles de glucosa en sangre no aumentaran luego de la sobrecarga.

38. Curva de paciente normal Paciente con deficiencia de lactasa

39. GLUCEMIA La palabra glucemia se utiliza para indicar la concentración de glucosa en sangre por unidad de volumen. Los valores normales de glucosa en sangre en un sujeto adulto en ayunas son de 0,80 a 1,0 g/lt. Cuando los valores superan los 1,0 g/lt se dice que el sujeto tiene HIPERGUCEMIA. La concentración de glucosa en sangre es regulada por una hormona secretada por el páncreas: la INSULINA. La función de esta hormona es la de favorecer la incorporación de glucosa de la sangre hacia las células. Además promueve la utilización de la glucosa y la formación del glucógeno. Por otro lado, la insulina inhibe la hidrólisis del glucógeno.

40. DIABETES MELLITUS Se produce cuando en un individuo adulto, en ayunas, la concentración de glucosa en sangre se encuentran elevada en forma permanente. Después de cada comida se produce un aumento de la glucemia que llega a un máximo entre 30 y 60 minutos después de la ingesta. Luego de 2-3 horas los valores de glucemia descienden gracias a los mecanismos reguladores de glucemia en sangre, el principal es la hormona insulina. En pacientes diabéticos estos mecanismos están alterados y por eso el paciente es HIPERGLUCÉMICO. Cuando los valores de glucemia están por debajo de los niveles normales se dice que el paciente presenta HIPOGLUCEMIA. La glucosa de la sangre pasa por los riñones donde es filtrada y, en condiciones normales, es totalmente reabsorbida. La presencia de glucosa en orina se denomina GLUCOSURIA y es un indicio que existe una alteración renal que impide que la glucosa sea totalmente reabsorbida, o de un exceso importante de la concentración de glucosa en sangre, que sobrepasa la capacidad de reabsorción renal. Este es un mecanismo saturable, ya que se lleva a cabo por medio de proteínas transportadoras.

41. Ingreso de glucosa en las células Una vez que la glucosa ingresa en las células, antes de ser utilizada, debe ser previamente fosforilada, es decir pasa de glucosa a glucosa-6-fosfato mediante una reacción que consume una molécula de ATP (transformada en ADP), intervieniendo la enzima hexoquinasa. Hexoquinasa Glucosa + ATPGlucosa-6-fosfato + ADP

42. En el hígado, la glucosa se acumula en forma de glucógeno. En ayunas, el glucógeno es metabolizado y degradado para dar glucosa-6-fosfato, en un proceso denominado glucogenolisis. En el hígado, la glu-6-fosfato puede ser hidrolizada por la acción de la enzima glucosa -6-fosfatasa, liberando glucosa y fosfato. Esta glucosa pasa al torrente sanguíneo y es captada por los distintos tejidos. La glucosa-6-fosfatasa no se encuentra en músculo y, en consecuencia, la glucosa-6-fosfato metabolizada en músculo no da lugar a glucosa libre, sino que entra directamente en la vía glicolítica para dar como producto final ácido láctico. Glucogenolisis

43. Vía Glicolítica (o glicólisis) Esta vía metabólica, llevada a cabo en el citosol de la célula, es la encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Durante la glucólisis se obtiene un rendimiento neto de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH; el ATP puede ser usado como fuente de energía para realizar trabajo metabólico, mientras que el NADH puede tener diferentes destinos. Las funciones de la glucólisis son: La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y fermentación (ausencia de oxígeno). La generación de piruvato que pasará al ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica. La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser utilizados en otros procesos celulares.

44. + La reacción global de la glicólisis es: • El ATP(Adenosín Trifosfato) es la fuente de energía universal de la célula. • NADH y H+,otorgan la capacidad de reducir (poder reductor) otros compuestos pertenecientes a otras vías metabólicas, o bien para sintetizar ATP.

45. El ácido pirúvico (o piruvato) puede transformarse en otros compuestos que reaccionan con otras moléculas, provenientes de ciertas vías metabólicas, para formar ácidos grasos. Estas reacciones tienen lugar en el citoplasma de la célula. Por otra parte el ácido pirúvico puede entrar a la mitocondria y en presencia de oxígeno (cómo parte de la respiración aeróbica), a través del ciclo de Krebs, se transforma en anhídrido carbónico más agua, liberado gran cantidad de energía. Esta energía será acumulada en forma de ATP. El anhídrido carbónico se liberará posteriormente al medio externo a través de la respiración.

46. ATP ATP ATP ATP CO2 H2O H2O NADH NADH NADH NADH NADH H+ H+ H+ H+ H+ FADH2 CO2 ATP CoA CO2 RUTA DEL EMPLEO DE GLUCOSA EN CONDICIONES AEROBICAS Glucolisis NAD+ Pi ADP ADP ADP Glucosa (6 C) Glucosa 6P (6C) Fructosa 6P (6C) Fructosa 1,6 diP (6C) Gliceraldehido 3P (3C) Gliceraldehido 1,3 diP (3C) x2 3-fosfoglicérico (3C) Oxidación del piruvato NAD+ ADP Oxalacetato (4C) Acetil CoA (2C) Piruvato (3C) Fosfoenolpiruvato (3C) 2-fosfoglicérico (3C) CoA Citrato (6C) x2 NAD+ Málico (4C) Isocitrato (6C) x2 NAD+ Fumárico (4C) Rendimiento de la reacción: 30 ATP (procedentes de 10xNADH) + 4 ATP (procedentes de 2xFADH2) + 6 ATP – 2 ATP= 38 ATP α-cetoglutarico (5C) FAD+ Succínico (4C) NAD+ GTP Succinil co A (4C) ADP GDP + Pi Ciclo del citrato (ciclo de Krebs)

47. Vía de las Pentosas La vía de la pentosa fosfato, es una ruta metabólica estrechamente relacionada con la glucólisis, durante la cual se utiliza la glucosa para generar ribosa, que es necesaria para la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. Además, también se obtiene poder reductor en forma de NADPH, que se utilizará como coenzima de enzimas propias del metabolismo anabólico. La glucosa -6-P puede ser el punto de partida para la formación de la ribosa -5-fosfato a través de la vía de las pentosas (llamada así porque se obtienen azúcares de cinco átomos de carbono). La ribosa 5-Pes precursor de otros compuestos, como son los ácidos nucleicos, en especial RNA, necesarios para la síntesis de proteínas. La ribosa -5-P es un compuesto que sirve, a su vez, para la síntesis del ácido úrico. Cuando este se acumula en exceso, produce la enfermedad denominada gota.

49. Vía de las Pentosas