I. Carbohidratos (Glúcidos)

Estructura de los Carbohidratos

Los carbohidratos, también llamados glúcidos o hidratos de carbono, son compuestos orgánicos fundamentales para la vida.

• Composición: Están formados por Carbono (C), Hidrógeno (H) y Oxígeno (O).
• Fórmula general: Su fórmula empírica es (CH₂O)ₙ.

Estructura Básica

• Contienen un grupo carbonilo, que puede ser:
  • Aldosas: Si poseen un grupo aldehído (–CHO).
  • Cetosas: Si poseen un grupo cetona (–C=O).
• Tienen varios grupos hidroxilo (–OH).
• Pueden existir en dos formas: lineal y cíclica.

Clasificación de los Carbohidratos

1. Según el Número de Unidades

A. Monosacáridos

• Son los carbohidratos más simples.
• No se pueden hidrolizar en moléculas más pequeñas.
• Generalmente, tienen entre 3 y 7 átomos de carbono.
• Ejemplos: glucosa, fructosa, galactosa, ribosa, desoxirribosa.

B. Oligosacáridos

• Formados por la unión de 2 a 10 monosacáridos mediante enlaces glucosídicos.
• Los más importantes son los disacáridos.

Disacáridos (2 monosacáridos):

• Sacarosa: glucosa + fructosa (azúcar de mesa).
• Lactosa: glucosa + galactosa (azúcar de la leche).
• Maltosa: glucosa + glucosa (azúcar de malta).

Sus funciones principales incluyen ser una fuente de energía rápida y participar en el reconocimiento celular.

C. Polisacáridos

• Son polímeros formados por más de 10 monosacáridos.
• Pueden tener una estructura de cadena lineal o ramificada.
• No son dulces ni cristalizables.

Clasificación según su función:

• De reserva energética:
  • Almidón: reserva en plantas.
  • Glucógeno: reserva en animales.
  • Inulina: reserva en algunas plantas.
• Estructurales:
  • Celulosa: componente principal de la pared celular vegetal.
  • Quitina: forma el exoesqueleto de artrópodos y la pared celular de hongos.

2. Según el Grupo Funcional

Esta clasificación se basa en el tipo de grupo carbonilo que posee el monosacárido.

A. Aldosas

• Contienen un grupo aldehído (-CHO).
• Ejemplos importantes:
  • Glucosa (aldohexosa)
  • Galactosa (aldohexosa)
  • Ribosa (aldopentosa)

B. Cetosas

• Contienen un grupo cetona (C=O).
• Ejemplos importantes:
  • Fructosa (cetohexosa)
  • Dihidroxiacetona (cetotriosa)

3. Según el Número de Carbonos

Los monosacáridos también se clasifican por la cantidad de átomos de carbono en su cadena:

• Triosas (3 C): gliceraldehído, dihidroxiacetona.
• Tetrosas (4 C): eritrosa.
• Pentosas (5 C): ribosa, desoxirribosa.
• Hexosas (6 C): glucosa, fructosa, galactosa.
• Heptosas (7 C): sedoheptulosa.

Esta clasificación ayuda a identificar propiedades y funciones específicas en el metabolismo.

Carbohidratos de Importancia Biológica

• Energético principal: Glucosa.
• Reservas energéticas: Almidón (plantas) y Glucógeno (animales).
• Estructurales: Celulosa y Quitina.
• Componentes de ácidos nucleicos: Ribosa (ARN) y Desoxirribosa (ADN).
• Nutricionales: Sacarosa, Lactosa, Maltosa.
• Señalización y membranas: Glucolípidos y Glucoproteínas.

Procesos Metabólicos de los Carbohidratos

1. Glucólisis

• Definición: Es la degradación de glucosa a piruvato para obtener energía.
• Localización: Ocurre en el citoplasma de la célula.
• Destino del piruvato:
  • En condiciones aeróbicas (con O₂): el piruvato se convierte en acetil-CoA y entra al ciclo de Krebs.
  • En condiciones anaeróbicas (sin O₂): el piruvato fermenta para producir lactato.
• Producción neta: 2 ATP, 2 NADH y 2 moléculas de piruvato por cada molécula de glucosa.
• Importancia: Proporciona energía rápida; es la única vía energética en eritrocitos y es esencial para el músculo y el cerebro.

2. Glucogenólisis

• Definición: Es la degradación del glucógeno almacenado a glucosa-1-fosfato, que luego se convierte en glucosa-6-fosfato.
• Localización:
  • Hígado: Libera glucosa a la sangre para mantener los niveles de glucemia.
  • Músculo: Utiliza la glucosa para generar energía para su propia contracción.
• Regulación hormonal: Es estimulada por el glucagón y la adrenalina.
• Importancia: Mantiene la glucemia en ayunas y proporciona energía rápida durante el ejercicio.

3. Gluconeogénesis

• Definición: Es la síntesis de glucosa nueva a partir de precursores no glucídicos como lactato, glicerol y aminoácidos.
• Localización: Ocurre principalmente en el hígado y, en menor medida, en el riñón.
• Condiciones: Se activa durante el ayuno, la inanición, el ejercicio prolongado o en estados de hipoglucemia.
• Regulación hormonal: Es estimulada por el glucagón y el cortisol.
• Importancia: Es vital para mantener los niveles de glucosa en sangre cuando no hay aporte dietético ni reservas de glucógeno.

4. Ruta de la Pentosa Fosfato

Es una vía metabólica alternativa a la glucólisis que no genera ATP, pero produce:

• NADPH: Necesario para la síntesis de lípidos y para procesos de detoxificación.
• Ribosa-5-fosfato: Precursor para la síntesis de nucleótidos (ADN y ARN).

Fotosíntesis y el Ciclo de Calvin-Benson

La fotosíntesis es el proceso anabólico clave donde se sintetizan los carbohidratos en los organismos autótrofos.

¿Qué es la fotosíntesis?

Es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía lumínica en energía química, almacenada en forma de glucosa, liberando oxígeno como subproducto. Ocurre en los cloroplastos.

Fórmula General

II. Lípidos

1. Características Generales y Propiedades

Características

• Son un grupo de biomoléculas orgánicas muy heterogéneas.
• Su principal característica común es ser insolubles en agua (hidrofóbicos) y solubles en disolventes orgánicos (como éter o cloroformo).
• Constituyen la reserva energética más concentrada del organismo (9 kcal/g).
• Cumplen diversas funciones: reserva de energía, estructural (membranas celulares), reguladora (hormonas) y aislante térmico.

Propiedades

• Son hidrofóbicos.
• Tienen una textura untuosa al tacto.
• Su punto de fusión aumenta con la longitud de la cadena y el grado de saturación.
• Los lípidos que contienen ácidos grasos pueden sufrir saponificación (formación de jabón).

2. Clasificación de los Lípidos

A. Lípidos Simples (Saponificables)

1. Triglicéridos (o triacilgliceroles): Compuestos por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol. Son la principal forma de almacén de energía.
2. Ceras: Formadas por un ácido graso de cadena larga unido a un alcohol de cadena larga. Tienen funciones de protección y recubrimiento.

B. Lípidos Complejos (Saponificables)

1. Fosfolípidos: Componentes estructurales de las membranas celulares. Son anfipáticos.
2. Glicolípidos: Presentes en las membranas celulares, especialmente en el sistema nervioso.
3. Lipoproteínas: Complejos que transportan lípidos en la sangre (VLDL, LDL, HDL).

C. Lípidos Derivados (Insaponificables)

• Esteroides: Como el colesterol, precursor de hormonas esteroideas (testosterona, estrógenos), vitamina D y ácidos biliares.
• Ácidos grasos libres.
• Hormonas esteroideas.

3. Ácidos Grasos (AG)

Estructura General

Son cadenas hidrocarbonadas con un grupo carboxilo terminal: CH₃ – (CH₂)ₙ – COOH.

Ejemplos

• Ácido propanoico (C3:0): CH₃–CH₂–COOH
• Ácido butanoico (C4:0): CH₃–CH₂–CH₂–COOH

Tipos de Ácidos Grasos

• Saturados: No tienen dobles enlaces en su cadena. Son sólidos a temperatura ambiente (ej. ácido palmítico).
• Insaturados: Tienen uno (monoinsaturados) o más (poliinsaturados) dobles enlaces. Son líquidos a temperatura ambiente (ej. ácido oleico).

Ácidos Grasos Esenciales

Son aquellos que el cuerpo humano no puede sintetizar y deben ser obtenidos a través de la dieta.

1. Ácido Linoleico (Omega-6)
2. Ácido α-Linolénico (Omega-3)

Importancia:

• Formación de membranas celulares.
• Desarrollo cerebral y visual.
• Regulación de la respuesta inflamatoria.
• Son precursores de eicosanoides como las prostaglandinas.

4. Triglicéridos

• Son los lípidos más abundantes en la dieta y en el cuerpo.
• Representan la principal reserva de energía, almacenada en el tejido adiposo.
• Están formados por una molécula de glicerol y tres ácidos grasos.

5. Metabolismo de los Lípidos

A. Lipólisis

Es la degradación de triglicéridos en el tejido adiposo para liberar glicerol y ácidos grasos a la sangre. Es estimulada por hormonas como el glucagón y la adrenalina.

B. Lipogénesis

Es la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil-CoA, que ocurre cuando hay un exceso de carbohidratos. Es estimulada por la insulina.

C. Beta-oxidación

Es la degradación de los ácidos grasos en la matriz mitocondrial para producir acetil-CoA, NADH y FADH₂, que se utilizarán para generar grandes cantidades de ATP.

D. Cetogénesis

Es la formación de cuerpos cetónicos (acetoacetato, β-hidroxibutirato y acetona) en el hígado, a partir de acetil-CoA. Ocurre en situaciones de ayuno prolongado o diabetes no controlada, cuando la disponibilidad de glucosa es baja.

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