Unidad 3 Carbohidratos. clasificación, digestion y regulación de glicemia.pdf

UNIDAD TRES:
CARBOHIDRATOS
“ESTRUCTURA Y FUNCIÓN I. NIVEL MOLECULAR”.
Septiembre 2022
▪ Estructura y clasificación
▪ Digestión de carbohidratos y
regulación de la glicemia
▪ Glucolisis
▪ Ciclo de Krebs.
▪ Cadena de transporte de
electrones.
▪ Glucogenogénesis, glucogenólisis
y gluconeogénesis
Docente Juan Miguel Torres Chávez

Septiembre 2022
❑ Distinguir las principales características y clasificaciones de los carbohidratos
necesarias para comprender su importancia en el organismo, tanto a nivel de
metabolismo energético como en otras funciones celulares.
❑ Describir y comprender las principales rutas metabólicas relacionadas con los
carbohidratos, abarcando este proceso desde la ingesta de carbohidratos hasta la
obtención de moléculas energéticas, para promover la integración de la función
biológica de los carbohidratos y los mecanismos bioquímicos que la sustentan.
OBJETIVOS DE LA UNIDAD 1

Biomoléculas
(C, H, O, N, P y S)

Carbohidratos
❑Constituyen el grupo de biomoléculas más
abundante sobre la superficie terrestre,
representando aproximadamente el 75% de la
materia orgánica existente.
o Hidratos de carbono.
o Azúcares.
o Sacáridos.
o Glúcidos.
o Glucanos
❑ Parte esencial de nuestra dieta, funcionan como fuente
de energía química para generar el ATP (necesario para
impulsar reacciones metabólicas).
❑ Representan solo el 2-3% de la masa corporal total en
los seres humanos.

Estructura de los
Carbohidratos

Conformación
❑La mayoría de los C.H. tienen la
fórmula general (CH2O)n. Los de
importancia en el metabolismo celular
tienen valores de n entre 3 y 7.
“carbono hidratado”
Carbohidratos

Carbohidratos
Funciones:
1. Fuente inmediata de energía para la inmensa mayoría de las células.
2. Precursores, para formar otras biomoléculas.
3. Reserva energética en tejidos, como el hígado y los músculos.
4. Papel estructural en otros tejidos, como el conjuntivo
❑La estructura de los hidratos de carbono está muy relacionada con sus
funciones biológicas y con su facilidad para formar enlaces éster y éter entre
sí o con grupos como el fosfato.
Cadenas de hidrocarburos
simples separadas por un
oxígeno.
Tienen un oxígeno de doble
enlace en el carbono
adyacente al oxígeno que
separa los dos grupos de
hidrocarburos

β-D-glucosa
α-D-glucosa
Conformación estructural
La fórmula de cadena recta
(pequeña fracción en solución)
RELACIÓN 1:3
❑ Los monosacáridos en solución acuosa pueden adoptar una forma ciclada cuando uno de los grupos
hidroxilo reacciona con el grupo carbonilo de su misma molécula, y forman un enlace denominado
hemiacetal, hemicetal o hemiacetálico.
Grupo carbonilo

El carbono carbonílico se transforma en un nuevo centro asimétrico,
lo que crea un nuevo par de estereoisómeros para cada monosacárido.
Anomérico

Los anómeros a y b son estables cristalizados y tienen
actividad óptica distintas ya que la actividad óptica de una
molécula es la suma de las actividades ópticas de cada carbono
quiral

Clasificación de
los
Carbohidratos

Carbohidratos
1. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE CARBONOS.
2. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL GRUPO FUNCIONAL.
3. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE MOLÉCULAS DE CARBOHIDRATO.
4. CLASIFICACIÓN POR ISÓMEROS ÓPTICOS.

1. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE CARBONOS
❑Los monosacáridos son aquellos azucares que no pueden ser hidrolizados en
carbohidratos mas simples. Están constituidos de 3 a 7 átomos de carbono.
De relevancia:
▪ Triosas: metabolitos intermediarios de la degradación de la glucosa.
▪ Pentosas: Ribosa y Desoxirribosa , que forman parte de los ácidos nucleicos.
▪ Hexosas: glucosa y galactosa.
❑ Clasificación:

2. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL GRUPO FUNCIONAL
✓ Sí el grupo carbonilo es un aldehído: aldosa.
✓ Sí el grupo carbonilo es una cetona: cetosa.
❑ Los átomos de carbono de la cadena principal está unido a un único grupo hidroxilo, a excepción de uno que porta
un grupo carbonilo.
Ceto: indica que el carbonilo se localiza internamente.
Aldo: el carbonilo se ubica al final

3. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE MOLÉCULAS DE CARBOHIDRATO
❑ Monosacáridos son aquellos azucares que no pueden ser hidrolizados en carbohidratos mas
simples.
❑ Disacáridos son productos de la unión de dos unidades de monosacáridos.
Glucosa Fructosa Glucosa Galactosa
Glucosa
Reacción entre el átomo
de C1 de un azúcar y el
grupo hidroxilo de otro
azúcar.

❑Enlace glucosídico

❑ Polisacáridos son monosacáridos ligados entre sí por enlaces glucosídicos.
➢ Homopolisacáridos (un solo tipo de monosacáridos).
POLISACÁRIDOS NUTRICIONALES: Glucógeno y Almidón
Disposición en fibras
célula hepática

POLISACÁRIDOS NUTRICIONALES: Glucógeno y Almidón
Disposición helicoidal
Semilla de planta

POLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES: Celulosa
Disposición laminar
Pared celular

➢ Heteropolisacárido ( dos o más tipos diferentes de monosacáridos).

➢ Oligosacáridos

ESTEREOISOMERÍA
Quiralidad o asimetría
Un átomo de carbono con hibridación sp3 se denomina
asimétrico o quiral si tiene 4 sustituyentes distintos unidos
a sus orbitales de orientación tetraédrica
Estos dos compuestos son isómeros
ópticos y presentan propiedades físicas diferentes.
4. CLASIFICACIÓN POR ISÓMEROS ÓPTICOS

En el gliceraldehído, coincide que el isómero D es
dextrógiro y el L, levógiro, pero en otros hidratos de
carbono esto no sucede. En los monosacáridos con más
carbonos que las triosas, el número de centros quirales
aumenta y, con ello, el número de isómeros ópticos
posibles.
La mayoría de los monosacáridos presentes
en la naturaleza son de la serie D

Los monosacáridos modificados adquieren nuevas propiedades

❑ Un ser humano adulto de 70 kg requiere entre 1 920-2 900 kcal de combustibles metabólicos por
día, en dependencia de la actividad física.
Si la ingesta de combustibles metabólicos es
mucho mayor que el gasto de energía, el
excedente se almacena, principalmente
triacilglicerol, en el tejido adiposo, lo que
conduce al desarrollo de la obesidad y sus
riesgos asociados para la salud.
Digestión de carbohidratos

La mayoría de los C.H. de los alimentos
son grandes polisacáridos o disacáridos
formados, a su vez, por combinaciones
de monosacáridos unidos entre sí por
condensación.
Se vuelven más asimilables
nutrientes, vitaminas y minerales
Desintegración de los alimentos hasta
moléculas pequeñas asimilables por el
organismo

Hidrólisis del enlace glucosídico
Carbohidratos: monosacáridos
Carbohidratos 50 – 80% calorías de la dieta
En mayor proporción:
- Almidón
- Dextrinas
- Sacarosa
En menor proporción:
- Glucógeno
- Glucosa
- Maltosa
- Fructosa
- Lactosa
- Trehalosa
Carbohidratos no
digeribles:
- Celulosa
- Inulina
- Heteropolisacaridos
producen
Gases, ácido lactico
Una vez digeridos, este proceso se invierte y los
hidratos de carbono se convierten de nuevo en
monosacáridos

La secreción pancreática contiene, como la
salival, grandes cantidades de α-amilasa, pero
varias veces más potente.
En general, antes de abandonar el duodeno y la
porción proximal del yeyuno, los hidratos de
carbono se han convertido casi por completo en
maltasa y en otros polímeros muy pequeños de
glucosa.
Digestión de los hidratos de carbono en el intestino delgado
Digestión por la amilasa pancreática

Saliva
Amilasa salival
pH 6.6-6.8
99.5% de agua
Jugo gástrico
97-99% agua
HCl (pH 1-2)
Mucina
Sales
inorgánicas
Jugo pancreático
97-99% agua
pH 7.5-8
Na, K, HCO3, Ca,
Zn, HPO4, SO4,
amilasa pancréatica
Duodeno
Hormonas:
Colecistocinina
Secretina
Enzimas:
Alfa dextrinasas
Lactasa
Sacarasa
Maltasa
Trehalasa
•Absorción de agua
•Fermentación: ácido acético, ácido
láctico, ácido butírico, CO2, metano
• Putrefacción: H2, N, H2S
• Flora bacteriana: 25% del peso de las
heces
Glucosidasas: amilasas y
oligosacaridasas (disacaridasas)

Digestión del almidón
El fondo y el cuerpo gástricos hasta 1 hora
Alimentos se mezclen con las secreciones gástricas
La actividad de la amilasa salival
queda bloqueada por el ácido de
las secreciones gástricas
El 30 y 40% del almidón se encuentra ya hidrolizado, sobre todo a maltosa

Hidrólisis de los disacáridos y de los pequeños polímeros de glucosa en
monosacáridos por las enzimas del epitelio intestinal
Las vellosidades y las
microvellosidades
aumentan la superficie de
absorción en casi 1.000
veces
Lactasa
Sacarasa
Maltasa
α-dextrinasa

GLUCOSA
La glucosa representa más del 80% del
producto final de la digestión de estos
alimentos, en tanto que la galactosa y la
fructosa rara vez aportan más del 10%.
Digestión del almidón

C.H. en la dieta humana
Leong, Sze Ying. Innovative Thermal and Non-Thermal Processing. 2019

Amilasa salival
(ptialina)
maltosa
secretina
sacarosa
lactosa
Maltasa y α-dextrinasa
galactosa
fructosa
glucosa
Amilasa
pancreática
(Amilopsina)
HCl
sacarasa
lactasa
almidón
Amilopectina/Amilosa
Glucosa
Fructosa
Glucosa Galactosa

ABSORCIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS
borde en cepillo
/Galactosa
❑Los monosacáridos, al ser
altamente hidrofílicos,
deben transportarse a
través de las membranas
celulares a través de varios
transportadores.
1 2 Na+
3
Enterocitos
Fructosa
GLUT5
transporte activo
dependiente de Na+
difusión pasiva
SGLT1

Mecanismos metabólicos y hormonales regulan la
concentración de glucosa en sangre
El mantenimiento de una concentración estable de glucosa en sangre es uno de
los mecanismos homeostáticos mejor regulados, involucra al hígado, los tejidos
extrahepáticos y varias hormonas.
Las células hepáticas son libremente permeables a la glucosa en cualquier
dirección (a través del transportador GLUT 2)
Las células de tejidos extrahepáticos (aparte de los islotes β pancreáticos)son
relativamente impermeables, y sus transportadores de glucosa unidireccionales
están regulados por la insulina. Como resultado, la captación desde el torrente
sanguíneo es el paso limitante en la utilización de la glucosa en los tejidos
extrahepáticos.

Papel de varias proteínas transportadoras de glucosa que se encuentran en
las membranas celulares.

CONTROL DE LA [GLUCOSA] EN SANGRE MEDIANTE LA SECRECIÓN
PANCREÁTICA DE INSULINA Y GLUCAGON

25%
70%
<25%
Glándulas: Islote de Langerhans
Vena
porta
hepática
Síntesis y liberación de glucagón e insulina

1. Aumento [glucosa ] célula β
por el transporte a través de
GLUT2
2. Aumento en glucólisis genera
aumento ATP/ADP
3. El ATP inactiva el canal de
salida de K+
4. La despolarización de la
membrana ocasiona la
entrada de Ca++ por la
activación de un canal
dependiente de voltaje.
5. El Ca++ favorece la exocitosis
de la insulina contenida en
las vesículas.
Secreción de insulina
Células β
Ca++
glucosa fosforilada

Hexocinasa en el musculo
Glucocinasa en el hígado

La insulina actúa para reducir la glucosa en sangre de forma inmediata mejorando el transporte
de glucosa al tejido adiposo y al musculo mediante el reclutamiento de transportadores
de glucosa (GLUT 4) desde el interior de la célula a la membrana plasmática.
Aunque no afecta la captación de glucosa en el hígado de manera directa, la insulina mejora la
absorción a largo plazo como resultado de sus acciones sobre las enzimas que controlan la glucolisis,
la glucogénesis y la gluconeogénesis
El glucagón es la hormona producida por las células α de los islotes pancreáticos en respuesta a la
hipoglucemia. En el hígado, estimula la glucogenólisis activando la glucógeno fosforilasa.
el glucagón no tiene un efecto sobre la fosforilasa muscular. El glucagón también mejora la
gluconeogénesis a partir de aminoácidos y lactato.
El glucagón actúa mediante la generación de cAMP.

Otras hormonas afectan la glucosa en sangre
La glándula hipofisaria anterior secreta hormonas que tienden a elevar la glucosa en sangre y,
por tanto, antagonizan la acción de la insulina.
Estas son la hormona del crecimiento, la hormona adrenocorticotropica (ACTH,
adrenocorticotropic hormone) y posiblemente otras hormonas “diabetogenicas”. La hipoglucemia
estimula la secreción de la hormona de crecimiento; disminuye la captación de glucosa en el
musculo.
Estimula la movilización de ácidos grasos no esterificados del tejido adiposo, que a su vez inhiben
la utilización de la glucosa. Los glucocorticoides (11-oxiesteroides) son secretados por la corteza
suprarrenal, y también se sintetizan de forma no regulada en el tejido adiposo.

Aumentan la gluconeogénesis como resultado del catabolismo hepático potenciado de los
aminoácidos, debido a la inducción de aminotransferasas y las enzimas clave de la gluconeogénesis.
Los glucocorticoides inhiben la utilización de la glucosa en los tejidos extrahepáticos y actúan de
forma antagónica a la insulina.
Varias citocinas secretadas por macrófagos que infiltran el tejido adiposo también tienen acciones
antagonistas a la insulina; junto con los glucocorticoides secretados por el tejido adiposo, esto
explica la resistencia a la insulina que comúnmente ocurre en las personas obesas.
La adrenalina es secretada por la medula suprarrenal como resultado de estímulos estresantes y
conduce a la glucogenólisis en el hígado y en el musculo debido a la estimulación de la fosforilasa
mediante la generación de cAMP.
En el musculo, la glucogenólisis produce un aumento de la glucolisis, mientras que en el hígado
produce la liberación de glucosa al torrente sanguíneo.

• Los monosacáridos presentan un único grupo carbonilo (aldehído o cetona) y muchos grupos
hidroxilo
• Los monosacáridos se clasifican en función de su grupo funcional en aldosas o cetosas
• La presencia de carbonos asimétricos determina que los monosacáridos presenten
estereoisomeria
• Los enantiómeros son moléculas cuya imagen especular no es superponible. En la naturaleza
solo una enantiómero es biológicamente activo, siendo la forma D la presenten los hidratos de
carbono naturales.
• Los monosacáridos en solución acuosa adoptan una configuración cíclica que presenta un nuevo
carbono asimetrico denominado carbono anomérico
Repaso

• Los polímeros de monosacáridos (disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos) se forman
mediante enlace o glucosídico
• Los polisacáridos de reserva unen sus unidades de glucosa mediante enlaces O-glucosídico
tipo α
• El glucógeno es el polisacárido que almacena la glucosa en las células aminales, mientras que
el almidón es el polisacárido de reserva vegetal
• Los polisacáridos estructurales de la célula animales son los glucosaminoglicanos. La gran
resistencia de los tejidos cartilaginosos y la dureza del tejido óseo frente a la consistencia
gelatinosa del humor vitro del ojo, radica en la naturaleza de los hidratos de carbono de la
matriz extracelular
• Los glucoconjugados son macromoléculas formadas por lípidos o proteínas unidas a una
porción glúcida
• La porción oligosacarida de una glucoproteína o de un glucolípido provoca que dicha
molécula adquiera una compleja estructura

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