Carbohidratos

Pregunta esencial

¿Cómo usan las células los azúcares y los almidones para obtener energía y formar estructuras?

El pan, la fruta y el arroz tienen muchos carbohidratos, y también las paredes celulares de todas las plantas. Los carbohidratos son azúcares y las cadenas que se forman con ellos. En esta lección aprenderás cómo se unen los azúcares simples para formar moléculas más grandes, por qué el almidón, el glucógeno y la celulosa hacen trabajos distintos aunque todos se construyen con glucosa, y qué pasa con la glucosa de tu sangre después de comer.

Monosacáridos

• Monosacárido: una unidad de azúcar
• Ejemplos: glucosa, fructosa, galactosa
• La glucosa, C₆H₁₂O₆, es el principal combustible de las células
• C, H y O están en una proporción de cerca de 1 : 2 : 1

Los carbohidratos están hechos de carbono, hidrógeno y oxígeno, normalmente en una proporción de cerca de 1 carbono por 2 hidrógenos por 1 oxígeno. Los carbohidratos más simples son los monosacáridos, o azúcares simples. La glucosa, la fructosa y la galactosa tienen la fórmula C₆H₁₂O₆, pero sus átomos están acomodados de forma distinta, lo que da a cada azúcar propiedades distintas. La glucosa se produce por fotosíntesis, viaja en la sangre de los animales y es el principal combustible que las células descomponen para liberar energía.

Disacáridos

• Disacárido: dos monosacáridos unidos
• Se unen por síntesis por deshidratación
• Sacarosa = glucosa + fructosa
• Lactosa = glucosa + galactosa

Dos monosacáridos se pueden unir por síntesis por deshidratación para formar un disacárido. El azúcar de mesa (sacarosa) está hecho de glucosa y fructosa. El azúcar de la leche (lactosa) está hecho de glucosa y galactosa. Fíjate en que la fórmula del disacárido es la suma de los dos azúcares menos una molécula de agua: dos moléculas de C₆H₁₂O₆ contienen 12 C, 24 H y 12 O, y al quitar H₂O queda C₁₂H₂₂O₁₁. Durante la digestión, la hidrólisis separa los disacáridos en monosacáridos otra vez.

Polisacáridos: almacenamiento y estructura

• Polisacárido: un polímero de muchas unidades de azúcar
• El almidón almacena energía en las plantas
• El glucógeno almacena energía en los animales
• La celulosa forma las paredes celulares de las plantas

Un polisacárido es un polímero de muchos monosacáridos. El almidón, el glucógeno y la celulosa son polímeros de glucosa, pero la forma en que las unidades de glucosa se enlazan y se acomodan es distinta. Las plantas almacenan la glucosa sobrante como almidón, y los animales la almacenan como glucógeno, que se guarda en el hígado y los músculos. La celulosa es una molécula estructural. Sus cadenas rectas se alinean lado a lado y se mantienen unidas por puentes de hidrógeno, y forman fibras fuertes que hacen rígidas las paredes celulares de las plantas.

El mismo monómero, un trabajo distinto

• El almidón, el glucógeno y la celulosa solo contienen glucosa
• Los enlaces y las ramificaciones hacen distintas sus formas
• La forma decide la función
• Los humanos no podemos digerir la celulosa

Polisacárido	Dónde se encuentra	Función	¿Lo pueden digerir los humanos?
Almidón	Plantas (papas, arroz, trigo)	Almacena energía	Sí
Glucógeno	Animales (hígado y músculo)	Almacena energía	Se produce y se descompone en el cuerpo
Celulosa	Paredes celulares de las plantas	Da sostén	No, pasa como fibra

Como los enlaces de la celulosa son distintos de los del almidón, las enzimas del sistema digestivo humano pueden descomponer el almidón pero no la celulosa. La celulosa pasa como fibra alimenticia. Algunos animales, como las vacas, tienen microorganismos en su sistema digestivo que la pueden digerir. Este es un ejemplo de una idea importante de esta unidad: la estructura de una molécula determina lo que puede hacer.

Uso de los carbohidratos

• La digestión descompone el almidón en glucosa por hidrólisis
• La glucosa pasa a la sangre
• Las células usan la glucosa como combustible
• La glucosa sobrante se almacena como glucógeno

Cuando comes almidón, las enzimas lo descomponen en glucosa por hidrólisis, y la glucosa se absorbe hacia la sangre. La gráfica muestra datos de muestra de la glucosa en la sangre después de una comida rica en carbohidratos. El nivel sube rápido hasta un máximo a los 30 minutos y luego baja hacia el valor inicial, porque las células toman glucosa para usarla como combustible y la glucosa sobrante se almacena como glucógeno en el hígado y los músculos. Cuando la glucosa en la sangre está baja, el glucógeno se descompone para liberar glucosa otra vez.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: Contar los átomos de la sacarosa

La glucosa y la fructosa tienen la fórmula C₆H₁₂O₆. (a) Encuentra la fórmula de la sacarosa, que se forma cuando una glucosa y una fructosa se unen por síntesis por deshidratación. (b) Una molécula de almidón es una cadena de 500 unidades de glucosa. ¿Cuántas moléculas de agua se liberaron cuando se formó? ¿Cuántas se usan cuando se digiere por completo hasta glucosa?

Mostrar la solución

1. (a) Suma los átomos: C: 6 + 6 = 12. H: 12 + 12 = 24. O: 6 + 6 = 12. Eso da C₁₂H₂₄O₁₂.
2. Quita el agua: la síntesis por deshidratación quita H₂O, que son 2 H y 1 O. H: 24 − 2 = 22. O: 12 − 1 = 11. La fórmula es C₁₂H₂₂O₁₁.
3. (b) Almidón: una cadena de 500 unidades tiene 500 − 1 = 499 enlaces, así que se liberaron 499 moléculas de agua. La digestión completa por hidrólisis usa 499 moléculas de agua.
4. Respuesta: (a) C₁₂H₂₂O₁₁. (b) 499 liberadas y 499 usadas.

Ejemplo 2: La glucosa después de una comida

Usa la gráfica de la glucosa en la sangre. (a) ¿Cuál fue el nivel más alto de glucosa en la sangre y cuándo ocurrió? (b) ¿Cuántos mg por dL subió de 0 a 30 minutos? ¿Qué porcentaje de aumento es? (c) Explica por qué el nivel bajó después de los 30 minutos.

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1. (a) Máximo: 140 mg por dL a los 30 minutos.
2. (b) Aumento: 140 − 90 = 50 mg por dL. Como porcentaje del nivel inicial: 50 ÷ 90 × 100 = 56%.
3. (c) Explicación: las células sacan glucosa de la sangre y la usan como combustible, y el hígado y los músculos almacenan la glucosa sobrante como glucógeno. Los dos procesos bajan el nivel en la sangre.
4. Afirmación, evidencia, razonamiento: después de comer, la glucosa subió 56% (evidencia) porque la digestión de los carbohidratos agrega glucosa a la sangre, y regresó a unos 90 mg por dL a los 180 minutos (evidencia) porque la glucosa se usó y se almacenó (razonamiento).
5. Respuesta: (a) 140 mg por dL a los 30 minutos. (b) 50 mg por dL, un aumento de 56%. (c) Las células usan la glucosa y la sobrante se almacena como glucógeno.

Ejemplo 3: ¿Qué polisacárido es?

Nombra el polisacárido de cada situación con ayuda del diagrama. (a) Los músculos de un corredor de maratón descomponen un polisacárido almacenado para obtener glucosa rápido. (b) El tronco de un árbol resiste el doblarse. (c) El tubérculo de una papa almacena energía para la planta.

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1. (a) Glucógeno: es el polisacárido de almacenamiento de los animales, y sus muchas ramas permiten que las enzimas liberen glucosa rápido.
2. (b) Celulosa: sus cadenas rectas unidas por puentes de hidrógeno forman fibras fuertes en las paredes celulares de las plantas.
3. (c) Almidón: las plantas almacenan energía como almidón.
4. Respuesta: (a) Glucógeno. (b) Celulosa. (c) Almidón.

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Práctica

Clasifica azúcares por tamaño, encuentra la fórmula de un disacárido, calcula el agua que se libera cuando se forma un polisacárido, lee una gráfica de la glucosa en la sangre y explica por qué el almidón y la celulosa hacen trabajos distintos. Inténtalo primero por tu cuenta y luego revisa tu trabajo con la clave de respuestas.

• Hoja de práctica: Carbohidratos (PDF) (en inglés)
• Clave de respuestas: Carbohidratos (PDF) (en inglés)

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Diapositivas de la lección

• Diapositivas 5.2: Carbohidratos (PDF) (en inglés)

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Ideas clave

• Los monosacáridos son azúcares simples, como la glucosa
• Los disacáridos se forman por síntesis por deshidratación
• El almidón y el glucógeno almacenan energía; la celulosa da sostén
• La forma y los enlaces deciden la función de un polisacárido
• La glucosa es el principal combustible de las células

De vuelta a la pregunta esencial: las células usan los carbohidratos de dos maneras principales. La glucosa es un combustible que las células descomponen para liberar energía, y la glucosa sobrante se almacena como almidón en las plantas y como glucógeno en los animales. La celulosa usa el mismo monómero para otro trabajo, las fibras fuertes de las paredes celulares de las plantas, porque sus enlaces y su forma son distintos. A continuación verás una clase de moléculas que almacena aún más energía por gramo: los lípidos.

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