BIOPOLIMEROS GLUSIDOS Y CARBOHIDRATOS I .OBJETIVO: • •
DAR A CONOCER LA IMPORTANCIA IMPORTANCIA DE los glúcidos c!"#o$id"!%os CONOCER LAS CLASES Y ESTRUCTURA ESTRUCTURA d& los glúcidos c!"#o$id"!%o
II. MARCO TE'RICO: BIOPOL(MEROS:
Los biopolímeros son macromoléculas presentes en los seres vivos. vivos. Una definición de los mismos los considera materiales poliméricos poliméricos o o macromoleculares macromoleculares sintetizados por los seres vivos. vivos. También, a raíz de nuevas disciplinas médicas como la ingeniería de tejidos,, como biopolímeros también se incluyen materiales sintéticos con la tejidos particularidad particularidad de ser biocompatibles con el ser vivo (normalmente vivo (normalmente con el ser umano!. umano!. "e entre los biopolímeros los referidos a la primera clasificación, clasificación, e#isten tres principales principales familias$ proteínas proteínas ( (fibroinas fibroinas,, globulinas globulinas,, etc!, polisac%ridos polisac%ridos ( (celulosa celulosa,, ) ,* alginatos,, etc! y %cidos nucleícos ( alginatos nucleícos ( &"', &"', &' &',, etc!, aun+ue también otros m%s singulares como los politerpenos (ver terpenos terpenos!, !, entre los +ue se incluye el cauco natural,, los polifenoles natural polifenoles (como (como la lignina lignina!! o algunos poliésteres poliésteres como como los poliidro#ialcanoatos producidos por algunas bacterias. -l biopolímero m%s abundante en la tierra es la celulosa celulosa.. /tros biopolímeros abundantes son la +uitina +uitina (en (en los e#oes+ueletos e#oes+ueletos de de ar%cnidos ar%cnidos,, crust%ceos crust%ceos e e insectos insectos!. !.
C!"#o$id"!%os Los carboidratos carboidratos,, también llamados gl0cidos, carboidratos, idratos de carbono o sac%ridos, son elementos principales en la alimentación, alimentación, +ue se encuentran principalmente principalmente en az0cares, almidones y fibra. f ibra. La función principal de los carboidratos es el aporte energético. energético . 1on una de las sustancias principales +ue necesita nuestro organismo, junto a las grasas grasas y y las proteínas
Co)*osici+, Los carboidratos est%n formados por carbono, idrogeno y o#igeno2 el idrogeno y el o#ígeno suelen allarse en proporción de dos a uno, igual +ue en el agua. Los carboidratos se pueden definir como derivados depoliidro#ialdeidos o poliidro#icetonas. poliidro#icetonas. Un az0car +ue contiene un grupo aldeídico se llama aldosa, y uno +ue contiene un grupo cetonico se llama cetosa.
Cl!si-c!ci+, Los carboidratos m%s simples se conocen como monosac%ridos o azucares simples. Los monosac%ridos son derivados de alcooles poliidricos de cadena recta y se clasifican seg0n el n0mero de %tomos de carbono de dica cadena. Un az0car con dos carbonos se llama diosa2 cuando tiene tres, triosa2 t riosa2 cuatro, terrosa2 cuando cinco, pentosa2 y cuando seis, e#osa. La terminación 3osa es característica de los
azucares. 4uando se re0nen dos monosac%ridos perdiendo una molécula de agua, el compuesto resultante se llama disac%rido. La combinación de tres monosac%ridos origina un trisacarido, aun+ue el término general para carboidratos formados de dos a cinco monosac%ridos es el de oligosacarido. Los compuestos formados por varios monosac%ridos se llaman polisac%ridos.
T"ios!s Las triosas son compuestos importantes del metabolismo muscular2 constituyen los azucares fundamentales a los cuales se refieren todos los monosac%ridos. La definición de un az0car simple puede ilustrarse f%cilmente empleando las triosas. 5l alcool poliidrico del cual derivan es el glicerol. La o#idación del %tomo de carbono Terminal produce el az0car aldosa conocido como aldeído glicérico2 la o#idación del carbono central proporciona la cetotriosadiidro#iacetona. 6uede verse por la formula del gliceraldeido +ue contiene un %tomo de carbono asimétrico. 6or tanto, este az0car puede e#istir en dos formas$ Una ace girar el plano de la luz polarizada acia la dereca, y la otra acia la iz+uierda. /riginalmente las dos formas se denominaron d y l por la rotación de#tro y levo de la luz polarizada. La terminología moderna emplea "y L, escritas en may0sculas de tipo pe+ue7o, para e#plicar las relaciones estructurales y una se7al (8! y (9! para indicar la dirección de rotación. Las formulas isómeras de los azucares mucas veces se representan con la formula de proyección de :iscer. Las fórmulas de proyección de :iscer siempre se escriben con los grupos aldeídos o cetona (los grupos mas o#idados! en la parte alta de la estructura2 por lo tanto, todos los monosac%ridos con el grupo idro#ilo a la dereca del %tomo de carbono +ue viene después del grupo alcool primario del fondo se relacionan con "9 gliceraldeido y todos se llaman azucares ". "e manera similar, si el grupo idro#ilo del %tomo de carbono cerca del grupo alcoólico primario Terminal se alla a la iz+uierda, guarda relación con el L9gliceraldeido, y es un L9az0car. La dirección de rotación de la luz polarizada no puede deducirse de la formula2 debe determinarse e#perimentalmente y se denomina (8! para los azucares de#trorrotatorios y (9! para los levorrotatorios. 5l n0mero total de isómeros de un az0car es *n, donde n es el n0mero de %tomos de carbono diferentes.
P&,%os!s Las pentosas son azucares cuyas moléculas contienen cinco %tomos de carbono y tres %tomos de carbono asimétrico. 1e allan en la naturaleza combinados en los polisac%ridos de los cuales pueden obtenerse los monosac%ridos por idrólisis con %cido. La arabinosa se obtiene de la goma ar%biga y la goma del cerezo2 la #ilosa se obtiene por idrólisis de la madera, la paja o el maíz. La ribosa y la deso#irribosa son constituyentes de los %cidos ribonucleicos, &', y deso#irribonucleicos, &"', componentes esenciales del citoplasma y los n0cleos de las células.
H&os!s Las e#osas son como muco, los monosac%ridos m%s importantes desde el punto de vista nutritivo y fisiológico. La mayor parte de carboidratos utilizados como alimentos est%n formados por e#osas, libres o combinadas constituyendo disac%ridos y polisac%ridos. ;lucosa, fructosa y galactosa son las e#osas +ue suelen allarse en
los alimentos2 la manosa es un constituyente de un polisac%rido vegetal. La glucosa, también llamada de#trosa, es el az0car normal de la sangre y tejidos corporales utilizado por las células como fuente de energía. La fructosa se presenta frecuentemente libre en frutas y es el m%s edulcorante de todos los monosac%ridos. La galactosa es un constituyente del az0car de lece2 se encuentra en el cerebro y en el tejido nervioso. Todos estos monosac%ridos son azucares ". el grupo idro#ilo del carbono esta junto al alcool primario, y en el lado dereco. La fructosa es una cetosa2 los otros son aldosas. &un+ue la glucosa y la galactosa est%n representadas como estructuras aldeídicas simples, ello no e#plica todas las reacciones +ue presentan. 'inguna de las dos aldosas, por ejemplo, dan positiva la prueba de 1ciff para aldeído. 4uando una solución de glucosa se deja en reposo, puede observarse un cambio en su rotación específica. 1oluciones acuosas recién preparadas de glucosa cristalina suelen presentar una rotación específica asta 8)) grados, mientras +ue la glucosa cristalizada a partir de la piridina presenta una rotación específica tan baja como 8)< grados. 6or reposo, ambas soluciones cambian su rotación asta alcanzar un valor de e+uilibrio de 8=*.= grados. 5ste cambio de rotación se llama mutorrotacion.
Ti*os d& c!"#o$id"!%os
Los carboidratos o idratos de carbono se agrupan en dos categorías principales. Los carboidratos simples incluyen az0cares, tales como el az0car de la fruta (fructosa!, el az0car del maíz o el az0car de uva (de#trosa o glucosa!, y el az0car de mesa (sacarosa!. Los carboidratos complejos (carboidratos complejos! incluyen todo lo eco de tres o m%s az0cares unidos. Los carboidratos complejos se pensaba +ue eran m%s saludables para comer, mientras +ue los carboidratos simples no eran tan buenos. esulta +ue el panorama es m%s complicado +ue eso.
5l sistema digestivo maneja todos los carboidratos de la misma forma$ los rompe (o trata de romperlos! en moléculas de az0car simples, ya +ue sólo éstos son lo suficientemente pe+ue7os para pasar al torrente sanguíneo. También convierte la mayoría de los carboidratos digestibles en glucosa (también conocida como az0car en la sangre!, por+ue las células est%n dise7adas para utilizar esto como una fuente de energía universal. La fibra es una e#cepción. 'o puede dividirse en moléculas de az0car, por lo +ue pasa a través del cuerpo sin ser digerida. La fibra viene en dos variedades$ la fibra soluble se disuelve en agua, mientras +ue la fibra insoluble no lo ace. &un+ue ninguno de los tipos nutre el cuerpo, es buena para la salud de mucas maneras. La fibra soluble se
une a las grasas en el intestino y las arrastra, lo +ue disminuye la lipoproteína de baja densidad (L"L, o colesterol malo!. También ayuda a regular el uso de az0cares del cuerpo, ayudando a mantener a raya el ambre y el az0car en sangre. La fibra insoluble ayuda a empujar la comida a través del tracto intestinal, la promoción de la regularidad y ayudar a prevenir el estre7imiento.
/.0GLUCOSA •
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1e encuentra en la savia de las plantas. 5n el torrente sanguíneo umano en el +ue se conoce como >az0car en sangre>. 5n los alimentos se encuentra$ las pastas, pan integral, granos enteros y cereales integrales, las legumbres, l%cteos, uva, miel, etc.
/./.0A*lic!cio,&s:
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5l cuerpo utiliza la glucosa como una fuente importante de energía. 5n la fabricación de alimentos, la glucosa confieren un sabor dulce a los dulces, mermeladas, cicles y refrescos. 5n la cocción fermentación de la glucosa mejora la porosidad y da buenos productos de sabor, retrasa el envejecimiento. 5n la producción de elados disminuye el punto de congelación, se aumenta su dureza. 5n la producción de conservas de frutas, jugos, licores, vinos, refrescos, ya +ue la glucosa no enmascara el olor y el gusto.
1.02RUCTOSA 1e encuentra en frutas, verduras y sus jugos, así como la miel y el jarabe de maíz.
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./.0A*lic!cio,&s: •
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:ructosa cristalina se puede utilizar como un edulcorante. 1e utiliza para proporcionar sabor en categorías de productos de alimentos y bebidas incluyendo suaves galletas 0medas, barras nutricionales, productos de calorías reducidas y el jugo de concentrados congelados +ue son vertibles.
3.0SACAROSA •
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La sacarosa se produce de forma natural en frutas y una gran variedad de vegetales de raíz La sacarosa se produce en mayor cantidad dentro de la ca7a de az0car y la remolaca azucarera.
3./.0A*lic!cio,&s •
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La sacarosa es un edulcorante natural y económico. &ctuar como conservador en mermeladas, conservas, frutas y lece condensada. ?ejora de sabor en alimentos tales como carnes en conserva y salsa de tomate. 6roporcionar volumen y te#tura en elados, natillas, productos de panadería y confitería. &ctuando como un alimento para la levadura en la cocción y en la elaboración de cerveza y sidra. 4ontribuir al color de la corteza y el sabor, y el retraso de estancamiento en pasteles y galletas.
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1acarosa es utilizada en la industria pl%stica y celulosa, en espumas de poliuretano rígidas, y de jabones transparentes. La sacarosa es utilizada como material de partida en la producción fermentativa de etanol, butanol, glicerol, y %cidos cítrico.
4.0LACTOSA
1e encuentra en la lece y los productos l%cteos.
4./.0A*lic!cio,&s:
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La aplicación principal es el uso de la lactosa para la producción de sustitutos de la lece para bebés y alimentos de mama. 5n la industria de panadería se utiliza para producir una corteza marrón dorado, aumenta el volumen de pan y productos ricos. 5n la industria de la confitería se mejora mediante la adición de lactosa caramelos b%sicos. La lactosa se usa en la fabricación de cocolate, lece condensada, mermelada, mermelada, galletas, dulces, elados, productos diabéticos, productos c%rnicos, etc.
5.0MALTOSA •
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"isac%rido menos com0n en la naturaleza. 1e encuentra en pe+ue7as proporciones en germinación de semillas formadas a través de la degradación de moléculas de almidón.
5./.0A*lic!cio,&s: •
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La maltosa se a7ade a la levadura como el proceso de fermentación. :ormas solubles de maltosa en agua se introducen en este proceso para ayudar a liberar el etanol y dió#ido de carbono La maltosa es un e#celente aditivo para mucos tipos diferentes de alimentos envasados, incluyendo bebidas no alcoólicas La maltosa es importante en la elaboración de cerveza.
6.0CELULOSA •
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La celulosa es la sustancia +ue compone la mayor parte de las paredes celulares de las plantas /tras fuentes naturales importantes son algodón, lino, c%7amo, yute, paja, y madera.
6./.0A*lic!cio,&s: •
6uede ser usado para acer papel, película, e#plosivos y pl%sticos, adem%s de tener mucos otros usos industriales.
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1e utiliza en particular para la fabricación de fibras te#tiles sintéticas tales como acetato de celulosa, viscosa o fibras de rayón, así como en e#plosivos y otros materiales diversos. También se est%n aciendo del uso de celulosa como fuente de combustible. @nvestigadores se an embarcado en la producción industrial de etanol celulósico (un combustible eco de la transformación de la celulosa en alcool!.
7.0ALMIDON 1e encuentra en las papas, batatas, zanaorias y nabos. Las dem%s ortalizas con alto contenido de almidón son el maíz, los guisantes y calabaza de invierno.
7./.0A*lic!cio,&s: •
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5n las industrias agroalimentarias, almidones y derivados se utilizan como ingredientes, componentes b%sicos de los productos o aditivos en pe+ue7as cantidades para mejorar la fabricación, almacenamiento o e#posición. 5l uso de almidón se re+uiere en varios sectores industriales, tales como en los alimentos, papel, te#tiles y adesivos. Los productos de idrólisis (jarabe de glucosa y maltosa, maltode#trinas! y la isomerización (iso9glucosa o fructosa! se utilizan en las industrias de dulces, cocolates, dulces, pasteles, pasteles, así como en las industrias de mermeladas y postres.
28,cio,&s d& los c!"#o$id"!%os
Los
gl0cidos cumplen un papel muy importante en nuestro organismo, +ue incluyen las funciones relacionadas con el tema energético, el aorro de las proteínas, la regulación del metabolismo de las grasas y el tema estructural. •
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5nergía 3 Los carboidratos aportan Ailocalorías (B4al! por gramo de peso neto, sin agua. Una vez repuestas y cubiertas todas las necesidades de energía del cuerpo, una pe+ue7a parte se almacena en el ígado y los m0sculos en forma de glucógeno (normalmente no m%s de C,=D del peso de la persona!, el resto se transforma en tejido adiposo y se almacena en el organismo como grasas. 1e suele recomendar +ue minimamente se efect0e una ingesta diaria de )CC gramos de idratos de carbono para mantener los procesos metabólicos. &orro de proteínas 3 4uando el cuerpo no dispone de suficientes idratos de carbono, éste utilizar% las proteínas con fines energéticos, consumiéndolas e impidiéndolas, por tanto, realizar otras funciones de construcción. egulación del metabolismo de las grasas 3 5n caso de no cumplir con una ingestión suficiente de carboidratos, las grasas se metabolizan como cuerpos cetónicos, +ue son productos intermedios +ue pueden provocar problemas$ cetosis 3 La cetosis es una situación metabólica del organismo originada por un déficit en el aporte de carboidratos, lo +ue induce el catabolismo de las grasas a fin de obtener energía, generando unos compuestos denominados cuerpos cetónicos. 5structura 3 los carboidratos constituyen una porción pe+ue7a del peso y estructura del organismo, pero igualmente importante.
