1.3: III. Carbohidratos, estructuras y tipos
- Page ID
- 122911
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Nuevos Términos
Amilopectina
Amilosa
Celulosa
Disacárido
Fructosa
Galactosa
Glucosa
Glucógeno
Heteropolisacárido
Homopolisacárido
Monosacárido Oligosacárido
Polisacárido
Almidón
Trisacárido
Objetivos del Capítulo
- Presentar la estructura química de los diferentes tipos de carbohidratos y su importancia en la nutrición animal
Carbohidratos
¿Qué son los carbohidratos?
Los carbohidratos son los principales componentes del tejido vegetal, constituyéndose hasta 60% a 90% de la materia seca (DM). Los carbohidratos contienen carbono, hidrógeno y oxígeno en la proporción que se encuentra en el agua (CH 2 O) y por lo tanto son hidratos de carbono. Los carbohidratos son la fuente de energía básica en las células animales. Los carbohidratos dietéticos obtenidos a partir de productos de origen vegetal sirven como una fuente importante de energía para el animal. La clorofila en las células vegetales atrapa la energía solar y produce carbohidratos usando dióxido de carbono y agua y emite oxígeno, como se muestra en la siguiente ecuación:
energía solar + 6 CO2 + 6 H20 → C6H2O + 6 O2.
En la célula vegetal, los carbohidratos podrían estar presentes en el contenido celular como azúcar o almidón, o podrían estar asociados con la estructura de la pared celular (por ejemplo, celulosa). Cuando los animales comen materiales vegetales (por ejemplo, granos de cereales, pasto, forraje), la energía en los carbohidratos del alimento se pone a disposición a través de procesos metabólicos en la célula animal. En general, el metabolismo animal produce energía en un proceso inverso al de la fotosíntesis.
Estructura y Clasificación
Un método de clasificación de carbohidratos se basa en el número de átomos de carbono por cada molécula de un carbohidrato y en el número de moléculas de azúcar en el compuesto. Con base en el número de átomos de carbono, un carbohidrato puede clasificarse como triosa (3 C), tetrosa (4 C), pentosa (5 C) y hexosa (6 C). El sufijo “ose” al final de un nombre bioquímico marca la molécula como un “azúcar”. Entre estas, las pentosas (por ejemplo, ribosa en ácido ribonucleico (ARN)) y hexosas (por ejemplo, glucosa o azúcar en la sangre) son los azúcares más comunes en los tejidos animales. Con base en el número de moléculas de azúcar en el compuesto, los carbohidratos pueden clasificarse como (1) monosacárido, una unidad de azúcar; (2) disacárido, dos monosacáridos; (3) oligosacáridos, tres a quince monosacáridos; y (4) polisacáridos, polímeros grandes de azúcares simples.
A. Los monosacáridos a menudo se denominan azúcares simples (por ejemplo, glucosa) y no pueden hidrolizarse en compuestos más simples.
Los monosacáridos se pueden subdividir en función del número de átomos de carbono (C). En la siguiente lista se muestran los prefijos para números de carbonos en un azúcar.
- Triosa (3 C)
- Tetrose (4 C)
- Pentosa (5 C; por ejemplo, xilosa y ribosa)
- Hexosa (6 C; por ejemplo, glucosa, fructosa, galactosa y manosa)
La mayoría de los monosacáridos en tejidos animales son de azúcares de 5 C y 6 C. Los azúcares simples también se subdividen en aldosa, un azúcar que contiene una estructura aldehído, o cetosa, un azúcar que contiene un grupo cetona. Tanto la glucosa como la fructosa tienen la misma fórmula molecular C6H12O6 y son hexosas (6 C). Pero la glucosa es una aldosa (también llamada aldohexosa) y la fructosa es una cetosa, o una cetohexosa.
Las tres hexosas que son nutritiva y metabólicamente importantes son glucosa, fructosa y galactosa (ver Figura 3.1).
La estructura química de la glucosa se puede representar como una forma de cadena lineal (Figura 3.1) y en forma cíclica (también se muestra en la Figura 3.1). En un sistema biológico, la glucosa existe principalmente como una forma cíclica y muy raramente en forma recta (en solución acuosa). La glucosa es la forma de carbohidratos que se encuentran en la sangre circulante (azúcar en la sangre) y es el principal carbohidrato utilizado por el cuerpo para la producción de energía. La fructosa, o “azúcar de fruta”, se encuentra en los frutos maduros y la miel y también se forma por digestión de sacarosa disacárido. La galactosa se encuentra junto con la lactosa disacárido en la leche de mamíferos y se libera durante la digestión.
La glucosa puede existir como isómeros α y β y tiene inmensas implicaciones nutricionales animales. Estos dos isómeros difieren en su orientación de OH sobre C #1 (mostrado en rojo en la Figura 3.2).
Por ejemplo, el almidón contiene α-D-glucosa, mientras que la celulosa tiene polímeros rígidos con β-D-glucosa. Los azúcares nutricionalmente importantes son de la forma D (no la forma L). D y L se refieren a la estereo-orientación en la posición de carbono asimétrica 5 en una hexosa o posición de carbono 4 en una pentosa.
B. Los disacáridos se componen de dos monosacáridos unidos entre sí por un enlace glicosídico (covalente). Los siguientes son algunos de los disacáridos comunes:
- Sacarosa-glucosa + fructosa (p. ej., azúcar de mesa)
- Lactosa-glucosa + galactosa (azúcar de la leche)
- Maltosa-α-D-glucosa + β-D-glucosa (azúcar de malta)
- Celobiosa-β-D-glucosa + β-D-glucosa (celulosa)
Entre los diferentes disacáridos, la lactosa (azúcar de la leche) es el único carbohidrato de origen animal. Sin embargo, la celobiosa como componente de la celulosa es importante en la nutrición animal. Los animales monogástricos no pueden digerir la celulosa porque no producen la enzima celulasa que puede dividir la β-D-glucosa.
C. Los oligosacáridos se hacen uniendo tres o más (3 a 15) monosacáridos unidos entre sí.
- Rafinosa (glucosa + fructosa + galactosa; 3 azúcares)
- Estaquiosa (glucosa + fructosa + 2 galactosa; 4 azúcares)
En las dietas animales, los oligosacáridos se encuentran comúnmente en frijoles y legumbres. Algunos oligosacáridos se utilizan como sustancias para potenciar el crecimiento de buenos microbios (prebióticos). Recientemente, ha habido un mayor interés en el uso de diferentes oligosacáridos como aditivos alimentarios para mejorar la salud del intestino posterior (por ejemplo, fructooligosacáridos, oligosacáridos de manano).
D. Los polisacáridos, como su nombre lo indica, se elaboran uniendo grandes polímeros de azúcares simples.
Los polisacáridos son los carbohidratos más importantes en la alimentación animal. Los polisacáridos están compuestos por muchas unidades de monosacáridos individuales unidas entre sí en cadenas largas y complejas. Las funciones de los polisacáridos incluyen el almacenamiento de energía en células vegetales (por ejemplo, almidón de semillas en granos de cereales) y células animales (por ejemplo, glucógeno) o soporte estructural (fibra vegetal). Los componentes de la estructura de la pared celular también se denominan polisacáridos no almidón, o almidón resistente, en la nutrición animal, ya que no pueden ser digeridos por enzimas animales sino que son fermentados por microbios del intestino posterior y del rumen.
Los polisacáridos pueden ser homopolisacáridos o heteropolisacáridos.
- a. Homopolisacárido
- b. Heteropolisacárido
a. Homopolisacárido: Contiene solo un tipo de unidad de sacárido.
Los ejemplos de homopolisacáridos que son importantes en la nutrición animal incluyen almidón (forma no estructural), glucógeno (forma animal) y celulosa (forma estructural vegetal).
- Almidón: Forma principal de azúcar de carbohidratos en granos de cereales (almacenamiento de energía de semillas). La unidad básica es α-D-glucosa. Las formas de almidón en los granos de cereales incluyen
- Amilosa-α 1,4 eslabón-cadena recta, no ramificable, estructura helicoidal
- Enlace amilopectina-α 1,4 con enlace alfa 1,6 en puntos de ramificación
La amilosa es el más simple de los polisacáridos, estando compuesta únicamente por unidades de glucosa unidas en un enlace alfa 1,4 (Figura 3.4). La amilosa es soluble en agua y constituye del 15% al 30% del almidón total en la mayoría de las plantas.
La amilopectina difiere en cómo se unen las unidades de glucosa. Predominan los enlaces alfa 1,4, pero una “rama” surge de un enlace alfa 1,6. Tales ramas hacen que la estructura de la amilopectina sea más compleja que la de la amilosa. La amilopectina no es soluble en agua y constituye del 70% al 85% del almidón total en las células vegetales.
El glucógeno es una forma de almidón que se encuentra en el tejido animal y por lo tanto se llama almidón animal. El glucógeno es un polisacárido que se relaciona físicamente con la amilopectina con alfa-D-glucosa básica pero tiene una mezcla de enlaces α 1,4 y α 1,6. El glucógeno existe en una pequeña cantidad (< 1%) en el tejido hepático y muscular.
La celulosa es el carbohidrato más abundante en la naturaleza. Proporciona integridad estructural a las paredes celulares de las plantas. La unidad básica es el enlace β 1,4, cadena recta, no ramificado (Figura 3.3). La celulosa es altamente estable. Ninguna enzima animal puede romperlo; solo la celulasa microbiana puede degradarlo. Los animales rumiantes como el ganado, sin embargo, tienen bacterias en su rumen que contienen la enzima celulasa. Rompe los enlaces beta 1,4 de las glucosas en la celulosa para liberar el azúcar para obtener energía.
b: Heteropolisacárido: Un componente de las paredes celulares vegetales con una mezcla de azúcares 5 C y 6 C (por ejemplo, hemicelulosa y pectina, una mezcla de unidades de pentosa y hexosa).
Puntos Clave
- Los carbohidratos son “hidratos de carbono” y tienen la estructura genérica de C (n) H (2n) O (n).
- Una sola unidad de azúcar es un monosacárido. Estos pueden consistir en restos de 3 carbonos (triosa), unidades de 4 carbonos (tetrosa), restos de 5 carbonos (pentosa) y restos de 6 carbonos (hexosa).
- Los azúcares más importantes desde el punto de vista nutricional son las pentosas o hexosas.
- La clasificación adicional de los azúcares es una definición de aldosa (que tiene un grupo aldehído) o cetosa (que tiene un grupo cetona). La glucosa, la manosa y la galactosa son aldosas, mientras que la fructosa es una cetosa.
- Los azúcares nutricionalmente importantes son de la forma D (no la forma L). D y L se refieren a la estereo-orientación en la posición de carbono asimétrica 5 en una hexosa o posición de carbono 4 en una pentosa.
- Los azúcares se unen a través de un enlace glicosídico para formar di- (dos monosacáridos) u oligo- (3 a 15 monosacáridos) y polisacáridos.
- La naturaleza de los enlaces glicosídicos influye en las propiedades estructurales y químicas de los azúcares e influye en su facilidad de digestión. Los azúcares que se unen a través de un enlace alfa 1,4 pueden ser digeridos por enzimas de mamíferos. Los azúcares que se enlazan a través del enlace beta 1,4 son resistentes a la digestión.
- Los disacáridos nutricionalmente significativos son la sacarosa y la lactosa.
- El almidón de las plantas sirve como fuente de energía importante en las dietas de los animales. El almidón consiste en dos tipos de moléculas: amilosa (alfa 1,4 glucosa ligada) y amilopectina (alfa 1,4 y alfa 1,6 glucosa ligada).
- El glucógeno, una forma de almacenamiento de carbohidratos en el hígado y los músculos, es muy similar al almidón también llamado almidón animal.
- Los polisacáridos vegetales también incluyen celulosa y hemicelulosa y pectina (polisacáridos no almidón). Las enzimas de mamíferos no pueden degradar estos polisacáridos a azúcares libres, pero las enzimas microbianas pueden manejarlos.
Preguntas de revisión
- ¿En qué formas importantes difieren el almidón y la celulosa?
- ¿Cuáles son los disacáridos de importancia nutricional?
- Los azúcares importantes nutricionales son de la forma D o la forma L?
- El azúcar más importante en la nutrición
- Enumere las dos formas en las que existe el almidón
- Las formas de almidón en el cuerpo animal es?
- Un homopolisacárido estructural hecho de glucosa es
- celulosa
- hemicelulosa
- pectina
- rafinosa
- Entre estos diferentes azúcares, la principal fuente de energía para un pollo de engorde es
- fructosa
- sacarosa
- glucógeno
- glucosa
- Dos moléculas de azúcar están unidas entre sí por este enlace
- enlace péptico
- enlace glicosídico
- enlace diglicérido
- tanto a) como b)
- Entre las dos formas de almidón, este es el componente principal de los granos de cereales
- amilosa
- amilopectina
- celulosa
- glucógeno