¿Qué son los hidratos de carbono? Diferentes tipos y funciones

Marina Jaume Tejero
Marina Jaume Tejero

Un artículo completo sobre los hidratos de carbono… ¡Aquí está!

¿Cuál será la estructura de estos bloques?

Primero empezaremos definiendo brevemente qué son los hidratos de carbono (en este caso).

Seguramente muchos ya sepáis cuáles son sus características principales, pero creo que no debería adentrarme en aspectos más complejos sin pasar al menos por encima de las características básicas de cada macronutriente.

Tras definir los hidratos de carbono pasaremos a ver, también de forma breve, su estructura, clasificación y función. Estos tres puntos son los que se suelen explicar típicamente por qué son la base para entender las vías posteriores.

Si no sabemos qué es algo, no podremos enmarcarlo en su función. Posteriormente, pasaremos ya al meollo de la clase, que son las vías anabólicas y catabólicas de este macronutriente. Y, en la siguiente clase, veremos la regulación de estas vías en el organismo.

Durante la clase quizá me oigáis decir hidratos de carbono o glúcidos de forma indistinta. Son sinónimos, así que me estaré refiriendo al mismo concepto. Sin más dilación, vamos a ver cómo son los glúcidos.

¿Qué son los hidratos de carbono?

Como ya he mencionado en la introducción, los hidratos de carbono también reciben el nombre de glúcidos.

Los glúcidos son polihidroxicetonas o polihidroxialdehídos y los productos derivados de reacciones químicas como reducciones u oxidaciones, entre otras.

¿Qué significa esto? Expresándolo de forma más sencilla podemos decir que son moléculas orgánicas compuestas por átomos de oxígeno, hidrógeno y carbono, principalmente, ya que también pueden contener átomos de fósforo o nitrógeno entre otros.

Estructura y clasificación de los hidratos de carbono

Se clasifican según el número de monosacáridos que presentan en su estructura. De este modo podemos encontrar monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Los monosacáridos están compuestos por solo una molécula glucídica y, por este motivo, son la base de los oligosacáridos y polisacáridos. Dentro de los monosacáridos podemos subclasificarlos según el número de carbonos, la posición del grupo carbonilo (aldosas o cetosas, que se diferencian entre ellas según tengan un grupo aldehído o un grupo cetona, respectivamente) o si son D o L (a esto se le llama quiralidad). Además, podemos encontrar tanto estructuras lineales como cíclicas.

Algunos ejemplos de monosacáridos son la glucosa, la fructosa o la galactosa.

Estructura de la glucosa
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Figura 1. Estructura de la glucosa (Fuente: www.lifeder.com).

Diferencia entre aldosa y cetosa
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Figura 2. Diferencia entre aldosa y cetosa (Fuente: www.ehu.eus).

Oligosacáridos

Los oligosacáridos pueden tener entre 2 y 10 monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Dentro de este grupo, se subclasifican según el número de sacáridos que presenten: disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc.

Los oligosacáridos más conocidos son los disacáridos, entre los que encontramos la lactosa, sacarosa, maltosa o galactosa. Cada uno de ellos es la unión de dos monosacáridos. Veamos algunos ejemplos:

  • La lactosa es la unión de glucosa y galactosa.
Estructura lactosa: galactosa + glucosa
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Figura 3. Estructura de la lactosa: galactosa + glucosa (Fuente: Wikipedia).

  • La sacarosa es la unión de una glucosa y una fructosa. Este es el denominado comúnmente como azúcar de mesa.
Estructura sacarosa: glucosa + fructosa
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Figura 4. Estructura de la sacarosa: glucosa + fructosa (Fuente: www.plantasyhongos.es).

  • La maltosa está formada por dos glucosas.
Estructura maltosa: glucosa + glucosa
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Figura 5. Estructura de la maltosa: glucosa + glucosa (Fuente: Wikipedia)

Polisacáridos

Los polisacáridos ya comprenden los compuestos glucídicos con más de 10 monosacáridos. Estos a su vez se pueden clasificar según su estructura (simples y conjugados) o según su función (reserva, estructura o de defensa). Algunos ejemplos de polisacáridos que seguro conocéis son el glucógeno, almidón, celulosa o glucosaminoglucanos.

Estructura del almidón
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Figura 6. Estructura del almidón (Fuente: Wikipedia)

Funciones de los hidratos de carbono

Las principales funciones de los glúcidos son energéticas y estructurales. Vamos a ver con un poco más de detalle cada una de ellas.

Función energética

Algunos glúcidos, sobre todo los pertenecientes al grupo de monosacáridos y disacáridos, tienen función energética. La degradación u oxidación de moléculas como la glucosa, genera energía inmediata que puede ser empleada por las células para múltiples funciones. Por ejemplo, la contracción muscular o el transporte celular.

Además, esta energía también puede almacenarse en forma de glucógeno, en el hígado y tejido muscular, principalmente, pudiendo ser empleada como reserva.

Función estructural

Normalmente cumplen esta función los polisacáridos. Algunos ejemplos conocidos son la celulosa que se encuentra en la pared celular de las plantas o la quitina que forma el exoesqueleto de los artrópodos.

Arácnido
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Figura 7. Arácnido: su exoesqueleto está compuesto de quitina (Fuente: definicion.de)

Además, es importante mencionar que los glúcidos se pueden combinar con proteínas, lípidos y ácidos nucleicos dando lugar a otros compuestos importantes como son las glucoproteínas.

Metabolismo de los hidratos de carbono

En este apartado vamos a ver cómo se degradan y se forman los hidratos de carbono o glúcidos. En el apartado de catabolismo veremos la glucólisis y la glucogenolisis; y en el apartado de anabolismo, la gluconeogénesis y glucogenogénesis.

Catabolismo

Cuando hablamos de degradación de glúcidos, nos referimos principalmente a dos procesos: la glucólisis y la glucogenolisis. Veremos cada uno más en profundidad, pero para aclarar y diferenciar desde ya ambos conceptos podemos relacionar la glucólisis con la degradación de glucosa y la glucogenolisis con degradación de glucógeno.

Antes de meternos a explicar cada una de ellas, vamos a ir a algo más fundamental. ¿Para qué sirven? ¿Por qué queremos degradar estas moléculas? Muy sencillo, todo se reduce a la obtención de energía, principalmente. Necesitamos energía y tenemos que extraerla de algún sitio.

Glucólisis

La glucólisis es la degradación de glucosa hasta obtener piruvato. La estequiometría del proceso es de 1 a 2, por cada molécula de glucosa obtenemos 2 de piruvato. Esta vía glucolítica se representa de la siguiente forma:

1 glucosa → 2 ATP + 3 NADH + 2 piruvato

Gracias a esta reacción de degradación de la glucosa podemos obtener ATP. Si recordáis las clases anteriores, estuvimos hablando de la glucólisis como parte de la respiración celular.

Además, gracias a esta reacción también vamos a obtener poder reductor en forma de NADH (recordad que en clases anteriores dijimos que obteníamos poder reductor gracias al NADH y 𝐹𝐴𝐷𝐻2). ¿Qué pasa con las dos moléculas de piruvato que obtenemos? Estas pueden seguir dos vías:

  • Pueden seguir la vía anaeróbica produciéndose una fermentación alcohólica o láctica.
  • Pueden seguir por la vía aeróbica llegando al ciclo de Krebs (clases anteriores).

Ya hemos comentado anteriormente los puntos clave de la glucólisis corresponden a las reacciones irreversibles, pero vamos a recordar muy rápido cuáles son.

  1. Enzima hexoquinasa: cataliza la transformación de glucosa en glucosa-6-fosfato, es el primer paso de la vía y, por tanto, un punto clave.
  2. Fosfofructoquinasa: cataliza el paso de fructosa-6-fosfato a fructosa-1,6-bisfosfato.
  3. Piruvato quinasa: cataliza el paso de fosfoenolpiruvato a piruvato. Es el último paso de la glucólisis, por lo que también es un punto de regulación importante.
Glucólisis
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Figura 8. Glucólisis (Fuente: cienciaybiologia.com)

Glucogenolisis

La glucogenolisis consiste en la degradación de glucógeno para obtener unidades de glucosa o glucosa-6-fosfato. Participan diversas encimas, pero las más importantes son la glucógeno fosforilasa que rompe estos enlaces α (14) y libera glucosas fosforiladas, la enzima desaramificante que va cortando las ramificaciones de la molécula de glucógeno y colocando dichos residuos en el terminal de la rama principal y la fosfoglucomutasa que cataliza el paso de glucosa-1-fosfato a glucosa-6-fosfato.

El glucógeno es un polisacárido de reserva formado por la unión de unidades de glucosa mediante enlaces α (1→4) que sirve como reserva de energía.

Gracias a la acción de la glucógeno fosforilasa obtenemos glucosa-1-fosfato que es transformada en glucosa-6-fosfato (molécula de la vía de la glucólisis) por la fosfoglucomutasa y esta ya dará lugar a la molécula de glucosa gracias a la enzima glucosa-6- fosfatasa.

¿Qué función tiene la glucogenolisis? Su objetivo es obtener energía de forma rápida cuando no se dispone de glucosa libre. Esta reacción se da principalmente en el músculo y el hígado, dado que es dónde se encuentra el glucógeno en mayor medida.

Glucogenolisis
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Figura 9. Glucogenolisis (Fuente: ibcbioquimica.blogspot.com)

Anabolismo

Las reacciones anabólicas, es decir, de construcción, son básicamente las opuestas a las que acabamos de ver. Si la glucólisis era la degradación de glucosa, la gluconeogénesis es la formación de glucosa. Y si la glucogenolisis es la degradación de glucógeno, la glucogenogénesis es la formación de dicho glucógeno.

Hidratos de carbono 10
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Vamos a ver cada uno de los procesos con más detalle:

Gluconeogénesis

Como hemos comentado, la gluconeogénesis es la formación de glucosa. ¿A partir de qué? Podemos obtener glucosa a partir de diversas moléculas no glucídicas como el lactato, piruvato, glicerol, aminoácidos (moléculas base para la formación de proteínas) u oxalacetato (molécula del ciclo de Krebs), por ejemplo.

La vía de la gluconeogénesis es básicamente la misma que la glucólisis, pero en sentido opuesto. Por tanto, tienen en común casi todas las enzimas, menos tres, las tres que habíamos comentado en la glucólisis, como puntos importantes. Estas tres enzimas catalizan reacciones irreversibles y, por tanto, necesitamos otras vías para superar esos pasos. Las enzimas encargadas serán:

  1. Glucosa-6-fosfatasa que pasa de glucosa-6-fosfato a glucosa.
  2. Fructosa-1,6-bisfosfatasa que hidroliza la fructosa-1,6-bisfosfato para dar lugar a fructosa-6-fosfato.
  3. Fosfoenolpiruvato carboxiquinasa junto a la piruvato carboxilasa que pasa de piruvato a fosfoenolpiruvato (en la imagen representadas como 1, 2 y 3).
Gluconeogénesis y glucólisis
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Figura 11. Gluconeogénesis (abajo hacia arriba) y glucólisis (arriba hacia abajo) (Fuente: biochempages.com)

Gluconeogénesis y glucólisis simplificado
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Figura 12. Gluconeogénesis y glucólisis simplificado (Fuente: Wikipedia)

En el contexto de la gluconeogénesis es importante hablar del ciclo de Cori. Este proceso consiste en la transformación del lactato producido en la glucólisis muscular de nuevo en glucosa. Este proceso se lleva a cabo en el hígado y, posteriormente, la glucosa generada vuelve al músculo.

Ciclo de Cori
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Figura 10. Ciclo de Cori (Fuente: Wikipedia)

También os menciono que existe otro ciclo menos conocido llamado ciclo de la alanina, que transforma la alanina procedente del músculo en piruvato en el hígado. Este piruvato pasa por el proceso de gluconeogénesis y obtenemos de nuevo glucosa que puede volver al músculo.

Glucogenogénesis

La glucogenogénesis la formación de glucógeno a partir de glucosa o glucosa-6-fosfato. Básicamente, consiste en la unión de unidades de glucosa formando ramas lineales y ramificaciones. Para que esta vía se lleve a cabo primero necesitamos transformar la glucosa en glucosa-6-fosfato, y a continuación:

  1. La fosfoglucomutasa convierte la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato.
  2. La glucosa-1-fosfato se transforma en UDP-glucosa gracias a la acción de una enzima llamada UDP-glucosa pirofosforilasa.
  3. La enzima glucógeno sintasa une glucosas activadas a ramas ya existentes de glucógeno formando los enlaces α (14) que comentábamos en la glucogenolisis.
  4. De la misma forma que necesitábamos una enzima desramificante para la glucogenolisis, ahora necesitamos una enzima ramificante que haga la acción contraria. Es decir, crea las ramificaciones de la molécula de glucógeno lineal.
  5. Este proceso necesita un cebador, o molécula iniciadora. Este papel lo ejerce la glucogenina que ayuda a empezar el proceso de síntesis de glucógeno.
Proceso de glucogenogénesis
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Figura 13. Proceso de glucogenogénesis (Fuente: Quizlet.com)

Conclusión e ideas generales

Para concluir esta clase vamos a recapitular las ideas principales con las que quiero que os quedéis:

  • Los glúcidos son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno (principalmente) que pueden clasificarse en monosacáridos, oligosacáridos o polisacáridos según el número de moléculas glucídicas que contengan.
  • Las funciones de los hidratos de carbono son principalmente energética y estructural.
  • Las reacciones catabólicas son la glucólisis (degradación de glucosa) y la glucogenolisis (degradación de glucógeno).
  • Las reacciones anabólicas son la gluconeogénesis (formación de glucosa) y la glucogenogénesis (formación de glucógeno).

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Referencias

  1. Campbell N, Reece J. Biología. 7ª ED ed: Panamericana; 2007.
  2. Nelson DK, Cox MM. Lehninger. Principios de Bioquímica. 5ª Edición ed2009.
  3. Mathews, CK., Van Holde, KE., Ahern, KG Bioquímica, 3ª Edición ed2002.
  4. EcuRed. Gradiente electroquímico EcuRed; 2014.

📝 A fecha de: 01-11-2019

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