En la unidad previa, aprendiste que el petróleo no es solo encendido como gasolina, pero es también el material crudo para la manufactura de muchos productos




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B.3 CARBOHIDRATOS: LOS ACTIVADORES DE ENERGÍA




Azúcares, almidón y celulosa todos son carbohidratos



Carbohidratos son mezclas compuestas de sólo tres elementos – carbono, hidrógeno y oxígeno. Por ejemplo, la glucosa, el carbohidrato clave de la liberación de energía en los sistemas biológicos, tiene la fórmula C6H12O6. Cuando tales fórmulas primero fueron descubiertas, los químicos intentaron escribir la fórmula de la glucosa como C6(H2O)6 – implicando una combinación química de carbono y agua. Así, ellos inventaron el término “carbo – hidrato”, o agua conteniendo una mezcla de carbono. Ahora sabemos que las moléculas de agua no están presentes actualmente en los carbohidratos, pero el nombre ha persistido.
Cada momento de tu vida, los carbohidratos son oxidados en tu cuerpo para producir energía, CO2, y H2O.
Los carbohidratos pueden ser azúcares simples tales como la glucosa o compuestos de dos o más moléculas de azúcar simple combinadas en varias formas (Tabla 3). Los azúcares simples son llamados monosacáridos.
Las más comunes moléculas monosacáridas contienen cinco o seis átomos de carbono ligados juntos. Como es mostrado en la Figura 2, la glucosa (y otros monosacáridos más) pueden existir en una forma de cadena o anillo. ¿Tienen ambas formas la misma fórmula molecular? (Compruébalo contando los átomos).
Figura 2 Fórmulas estructurales para la glucosa. Las formas de cadena y anillo son intertransformables; la forma de anillo predomina en el cuerpo.
F
igura 3
Formación de sacarosa. Los dos grupos sombreados –OH reaccionan con la eliminación de una molécula H2O.





Figura 4 Polisacáridos. El Almidón y la Celulosa son polímeros de glucosa. Ellos se diferencian en los arreglos de los enlaces que conectan los monómeros de glucosa.
Las moléculas de azúcar compuestas de dos unidades simples de azúcar son llamadas disacáridos. La sacarosa (C12H22O11 –azúcar ordinaria de mesa) es un disacárido en el cual las formas de anillo de la glucosa y la fructosa están unidas (ver figura 3). Como las estructuras moleculares sugieren, los monosacáridos y los disacáridos son compuestos de moléculas polares. Así ellas tienden a ser altamente solubles en agua, un solvente polar.
Recuerda la regla “igual disuelve igual”.
Los polímeros compuestos de unidades de moléculas de azúcar simple son llamados polisacáridos (Figura 4). El Almidón un mayor componente de granos y muchos vegetales, es un polisacárido compuesto de unidades de glucosa. La celulosa, el material fibroso o leñoso de plantas y árboles, es otro polisacárido formado de glucosa. Los tipos de carbohidratos están resumidos en la Tabla 3.
Recuerda la discusión del polietileno en la página 201. Un polímero es una gran molécula compuesta de muchas unidades moleculares más pequeñas enlazadas juntas químicamente.


Los carbohidratos son todos azúcares o polímeros de azúcares.
Durante la fotosíntesis, las plantas verdes producen glucosa. La reacción total es como sigue:
6 CO2 + 6 H2O + 686 kcal C6H12O6 + 6 O2

Dióxido Agua Energía Glucosa Gas

De Solar Oxígeno

Carbono
Las plantas construyen estas moléculas de glucosa en almidón para almacenar energía, o en celulosa, llegando a ser parte de la estructura de la planta.
Los azúcares y el almidón son rápidamente digeridos en tu cuerpo, haciéndolos fuentes convenientes de energía. La celulosa no es digerida. Las unidades de glucosa en la celulosa están enlazadas juntas diferentemente de lo que están en el almidón (ver figura 4).
La frágil diferencia en la unión hace a la celulosa indigesta para muchos animales. Sin embargo la celulosa algunas veces llamada fibra, es necesaria en la dieta para conservar al aparato digestivo funcionando adecuadamente.
Hay excepciones – las vacas y las termitas, por ejemplo, pueden digerir la celulosa.
Los azúcares y el almidón son las substancias que proporcionan más energía en nuestras dietas. Aún los más pequeñas contracciones de músculos o ideas requieren energía. El cuerpo obtiene más de esta energía quemando las moléculas de glucosa en azúcares y almidón. Cada gramo de carbohidrato proporciona casi 4 calorías de energía.
1g carbohidrato = 4 Cal energía
Los nutriólogos recomiendan que el 60% de la energía alimento viene de los carbohidratos. Mucha de la población mundial obtiene los carbohidratos comiendo granos. Estos granos son consumidos a menudo como arroz, comida de maíz, tortillas de trigo, pan, y pasta. En los Estados Unidos tendemos a comer más panes de trigo y papas por carbohidratos de lo que la gente lo hace en algún otro sitio. En todas las naciones, las frutas y los vegetales también proveen carbohidratos. Las carnes proporcionan una pequeña cantidad de carbohidrato en la forma de glicógeno, lo cual es como los animales almacenan glucosa. En promedio, cada ciudadano de los Estados Unidos consume más de 90 lb (40 kg) de azúcar de mesa cada año en bebidas, panes, y pasteles y como endulzante. Unas doce onzas de bebida de cola no dietética contiene 9 cucharadas de azúcar.
B.4 GRASAS: ENERGÍA ALMACENADA CON UN MAL NOMBRE
A diferencia del carbohidrato y la proteína, la palabra “grasa” ha adquirido su propio significado general (y un tanto negativo). Para mucha gente, “Tu eres demasiado gordo” significa que la persona luce sobrepeso. Sin embargo, desde el punto de vista de un químico, las grasas son una categoría mayor de biomoléculas las cuales tienen sus propias características y funciones especiales, tal como lo hacen las proteínas y los carbohidratos.
Las grasas son una parte importante de nuestra dieta. Están presentes en la carne, el pescado, y aves de corral; aliños de ensalada y aceites; productos diarios; y granos. Cuando nuestros cuerpos consumen más alimento que el necesario por energía, mucho del exceso es convertido a moléculas de grasa y almacenado en el cuerpo. Si el alimento consumido no es lo suficientemente grande para proveer la energía que el cuerpo necesita, el cuerpo empieza a quemar la grasa almacenada.
Como los carbohidratos, las grasas están compuestas de carbono, hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, las grasas contienen menos oxígeno que los carbohidratosy contienen más energía almacenada. Gramo por gramo, las grasas contienen más de dos veces la energía encontrada en los carbohidratos. Las grasas son generalmente no polares en la naturaleza y son poco solubles en agua. Debido a su solubilidad y propiedades de almacenamiento de energía, las moléculas de grasa son más como hidrocarbonos que carbohidratos.
Las grasas son miembros de una clase de biomoléculas llamadas lípidos.
Algunos lípidos son moléculas constructoras que forman membranas celulares.
Otros llegan a ser hormonas – mensajeros químicos que regulan los procesos en el cuerpo.
Una molécula típica de grasa es una combinación de tres simples carbono alcohol llamada glicerol con tres moléculas ácido grasas.
(La formación de una grasa típica está mostrada en la Figura 5). Los ácidos grasos son una clase de compuestos tramados de una gran cadena de hidrocarbono con un grupo carboxil ( - COOH) al final. La reacción produce una molécula de grasa similar a una ya completada en el laboratorio (página 204) – la producción de un ester, metil salicilato. Sin embargo, aquí una molécula conteniendo tres grupos –OH reacciona con tres moléculas de ácido. Tres moléculas de agua son eliminadas, produciendo una molécula conteniendo tres grupos ester en lugar de uno. Una grasa tal es conocida como un triglicerido.
Recuerda que los hidrocarbonos pueden ser saturados (cuando contienen solamente enlaces sencillos carbono – carbono) o no saturados (cuando contienen ligaduras dobles o triples carbono -–carbono). De igual manera, las cadenas hidrocarbono en los ácidos grasos son saturados (Figura 6a) o no saturados (Figura 6b). Las grasas conteniendo ácidos grasos saturados son llamados grasas saturadas; las grasas conteniendo ácidos grasos no saturados son llamados grasas no saturadas. Debido a las diferencias en sus enlaces, las grasas saturadas y no saturadas participan diferentemente en la química del cuerpo.
F
igura 5
Formación de una grasa típica, un triglicérido. Glicerol y tres moléculas de ácido graso combinan en una reacción de condensación para formar un triester y eliminar tres moléculas de agua.

Figura 6 Ácidos grasos típicos.



T
U TURNO

Grupos Funcionales en Biomoléculas
Como descubriste en la unidad Petróleo, los grupos funcionales influyen fuertemente en las propiedades de los compuestos orgánicos.
Algunas clases de compuestos orgánicos en los cuales grupos funcionales particulares parecen estar listados en le margen, con fórmulas escritas en sus formas condensadas (cada R representa un segmento hidrocarbono).
Una molécula puede contener más que un grupo funcional. Por ejemplo, mira la estructura del cortisol (un lípido) en el margen. El cortisol es una hormona la cual cuando es liberada durante el hambre, hace posible usar energía de la proteína. Observa que el cortisol contiene muchos grupos funcionales: tres grupos –OH, dos grupos C = 0, y uno C = C con doble enlace.

  1. C
    on base en las dos formas de glucosa mostradas en la Figura 2.

  1. Dibuja las estructuras cadena y anillo para la glucosa.

  2. Encierra en un círculo e identifica el (los) grupo(s) funcionales encontrados en la estructura cadena.

  3. Examina el número de átomos de carbono y los grupos funcionales unidos a cada átomo de carbono.

  1. ¿Cuáles grupos funcionales aparentemente reaccionan a la forma de estructura de anillo?

  2. ¿Sobre cuáles átomos de carbono aparecen estos grupos funcionales?

  1. Compara las estructuras de cadena recta de la fructosa y glucosa (ve abajo). Describe las diferencias en las estructuras de estos dos monosacáridos.



  1. E
    n general, los alcoholes reaccionan con ácidos orgánicos (carboxílicos) para formar esteres. Usando la ecuación mostrada en la Figura 5 como una guía, escribe una ecuación (incluyendo estructuras) para la reacción de un ácido esteárico (un ácido graso) con glicerol para formar gliceril tristearato (una grasa). El ácido esteárico tiene esta fórmula estructural:

  2. C
    opia la siguiente estructura molecular en tu propia hoja:




  1. E
    ncierra en un círculo e identifica el (los) grupo(s) funcional(es).

  2. Esta molécula ¿es un carbohidrato o un ácido graso? ¿Por qué?

  3. ¿Es saturado o no saturado? ¿Por qué?

  4. Reescribe la estructura molecular para mostrar los átomos de carbono en una cadena continua.


El término polinsaturado, usado a menudo en los anuncios de alimento significa que la comida contiene grasas con dos o más ligaduras dobles carbono – carbono en cada molécula de ácido graso. El término ha llegado a ser familiar debido a que creciente evidencia sugiere que las grasas saturadas pueden contribuir a problemas de salud, mientras algunas grasas no saturadas no pueden. Las grasas saturadas están asociadas con la formación de placa (parecida a la grasa o materia fibrosa), la cual puede obstruir arterias.
Las grasas saturadas parecen contribuir a la enfermedad coronaria del corazón.
El resultado es una condición conocida como “endurecimiento de las arterias”, y las arterías llevan al cerebro. Si las arterias coronarias son bloqueadas, puede resultar un ataque al corazón, dañando el músculo cardiaco. Si las arterias que llevan al cerebro están bloqueadas, puede resultar una apoplejía, matando las células cerebrales y dañando varias funciones del cuerpo.
Las moléculas de grasa en la mantequilla y otras grasas animales son casi todas saturadas y forman sólidos a la temperatura del cuarto. Las grasas de fuentes vegetales contienen comúnmente moléculas con muchos enlaces dobles carbono – carbono. A la temperatura del cuarto estas grasas polinsaturadas son líquidos (aceites), tales como el aceite de girasol (91% de moléculas de grasa no saturada), aceite de maíz (87% no saturado), y aceite de cacahuate (81% no saturado).
Un proceso llamado hidrogenación parcial puede añadir suficientes átomos de hidrógeno a los enlaces dobles de una grasa para convertirla en un semisólido, mientras permite a algunos enlaces dobles permanecer. Tales moléculas parcialmente hidrogenadas son usadas en margarinas y manteca.
1 g de grasa = 9 Cal de energía

1g de proteína = 4 Cal de energía

1g de carbohidrato = 4 Cal de energía
Las grasas son moléculas de alta energía. Un gramo de grasa puede liberar 9000 cal (9 Cal) de energía, lo cual es más del doble de la energía liberada de una masa igual de carbohidrato o proteína. No es sorprendente que el cuerpo produce grasa para almacenar eficientemente el exceso de energía alimento y que sea difícil “apagar” el exceso de grasa. Gramo por gramo, debes correr más de dos veces tan lejos o ejercitarte dos veces tan grande para quemar la grasa como apagues carbohidratos.
Actualmente los Americanos obtienen el 40% de su energía corporal de las grasas. La Sociedad Americana de Cáncer y la Asociación Americana del Corazón recomiendan que esto sea reducido a no más del 30%.
El departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos recomiendan más que menos del 10% del total de energía alimento viene de grasas saturadas.
El consumo de grasas en los Estados Unidos está disminuyendo, pero aún es alto comparado con los niveles recomendados y con el consumo normal de grasa en muchos otros países. El alto consumo de grasa es un factor en muchas enfermedades “modernas”, incluyendo la obesidad y arterioesclerosis. Más de ladieta de grasa estadounidense viene de la carne, aves de corral, pescado y productos diarios. Cosas muy freídas, tales como las papas a la francesa, pollo frito, y las papas fritas, añaden aún más grasa a la dieta. En resumen, cuando tu consumo de alimento es más alto de lo que tú quemas con el ejercicio, tu cuerpo convierte el exceso de proteínas y carbohidratos a grasa para almacenamiento.
En las siguientes preguntas, revisa que has aprendido acerca de la energía en el cuerpo y las moléculas que proveen energía. Luego consideraremos la familia de nutrientes más directamente implicada en la construcción – las proteínas.
PARTE B: PREGUNTAS RESUMEN


  1. La energía almacenada en media onza de una ración de pasas es capaz de elevar la temperatura de 1000 g de agua de la temperatura del cuarto (22° C) a 62° C. ¿Cuántas calorías de alimento están contenidas en esa ración de pasas?

  2. La gente a veces confunde los términos hidrocarbono y carbohidrato.

  1. Define y da un ejemplo de cada uno.

  2. ¿Cómo son parecidos?

  3. ¿Cómo son diferentes?

  1. Usa la Tabla 2 para explicar cada una de las siguientes afirmaciones:

  1. El desayuno es la comida más importante del día.(Consejo: Calcula cuantas calorías usa tu cuerpo entre la cena – a las 6 p.m. – y el desayuno – a las 8 a.m.)

  2. Hasta que estén adecuadamente alimentados, los individuos hambrientos tendrían dificultad trabajando para una forma de vida aún si trabajos pagados estuviesen disponibles.

  1. Supón que requieres 3000 Cal de energía alimento cada día para mantener tu actual peso corporal.

  1. Si deseaste obtener esta energía por consumir la más pequeña masa de alimento. ¿las grasas o carbohidratos serían tu elección de alimento preferido?

  2. ¿Cuantos gramos de este nutriente serían necesarios para proveer esta cantidad de energía diaria?

  3. ¿Sería tal una dieta para estar saludable? ¿Por qué?

  1. Ha sido estimado que los ciudadanos de Estados Unidos llevan alrededor de 2.5 billones de libras de exceso de grasa corporal.

  1. ¿Cuántas Calorías de energía alimento representa esto? (Observa que una libra de grasa contiene cerca de 4000 Cal de energía.)

  2. Si el exceso de energía calculada en la pregunta 5ª pudiese de algún modo ser desviada para alimentar el hambre del mundo, ¿Cuánta gente podría ser alimentada por un año? (Supón un promedio de necesidades humanas de casi 2600 Cal cada día.)

  1. a. Escribe las fórmulas estructurales para (1) un carbohidrato típico seis – carbonos y (2) un hidrocarbono seis – carbonos.

b. ¿Cuál compuesto sería más soluble en agua? ¿Por qué?

  1. L
    a siguiente molécula ¿es un hidrocarbono, un carbohidrato, o una grasa?

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