CARBOHIDRATOS:

Los carbohidratos o también llamados hidratos de carbono son aquellos de los compuestos en los que se encuentran en mayor proporción en el mundo, podemos encontrarlos en todos los organismos vivos. El azúcar, la celulosa de la madera, el papel y el algodón. La definición de estos está ligada a que son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrogeno y oxigeno que resultan ser la fuente biológica primaria de almacenamiento y consumo de energía.

Ahora el termino carbohidratos se utiliza para referirse a una clase amplia de aldehídos y cetonas polihidroxilados comúnmente llamados azucares, son biomoléculas que forman parte de la dieta diaria.

Estos azucares pueden clasificarse en dos grupos simples y complejos.

Simples, o monosacáridos estos no puede hidrolizarse a moléculas más pequeñas. Los azucares más comunes de estos podemos encontrar la glucosa y la fructuosa que son los encargados de darle el sabor dulce a muchas frutas. Con estos azucares se debe tener cuidado ya que tienen agradable sabor y el organismo los absorbe rápidamente. La absorción rápida de estos hace que nuestro organismo segrega la hormona de la insulina y otras hormonas como lo son leptina, glucagón entre otras, estas son producidas específicamente por el páncreas. Estas hormonas pueden estimular el apetito. Un exceso  de la insulina en cuerpo humano puede provocar hipoglucemia y si el cuerpo hace resistencia a esta hormona puede provocar la diabetes. Por eso los carbohidratos elaborados a base de azúcar refinada deben consumirse de una manera moderada.

La mayoría de los azucares tienen nombres comunes específicos, como glucosa, fructuosa, galactosa y manosa. Estos nombres son maneras sencillas de recordar sus estructuras comunes. Los tres criterios que guían la clasificación de los monosacáridos:

1.     Si el azúcar contiene un grupo cetona o uno aldehído

2.     El número de átomos de carbono en la cadena de carbonos

3.     La configuración estereoquímica del átomo de carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo.

Adicionalmente los monosacáridos se clasifican en aldosas y cetosas, el sufijo  osa designa un carbohidrato y  los prefijos aldo y ceto el grupo carbonilo presente en la cadena carbonada ya sea un aldehído o una cetona. El número de carbonos en una cadena de monosacáridos se indica por el prefijo numérico apropiado, tri- , tetr- , pent- , hex- , así respectivamente. Por lo general el número de átomos de carbono en el azúcar va de tres a siete carbonos. Veamos el siguiente ejemplo:

-La glucosa, es un aldehído y tiene siete carbonos por lo tanto se llama aldohexosa.

-la fructuosa, tiene seis átomos de carbono, pero es una cetona por lo tanto recibe el nombre de cetohexosa.

La mayoría de los azucares comunes que se encuentran en la naturaleza son aldohexosas y aldopentosas.

Los carbohidratos complejos están formados por dos o más azucares simples enlazados, en estos tipos de carbohidratos encontramos fibra integral, arroz, avena, harinas, papas y el almidón presente en tubérculos. El organismo utiliza la energía proveniente de los carbohidratos complejos de a poco, a comparación con los simples estos son de lenta absorción, estos se descomponen en glucosa más lentamente y por lo tanto proporcionan una corriente progresiva constante de energía durante todo el día. Por eso es más recomendable consumir este tipo de carbohidratos.

Respectivamente estos se clasifican en:

Disacáridos: la formación de estos se da por medio de, un azúcar reacciona con un alcohol para formar una acetal llamado glicosido. Cuando el alcohol es parte de otro azúcar, el producto final de este proceso es un disacárido, un azúcar compuesto de dos unidades de monosacáridos es decir un átomo de oxigeno es la que une a los dos monosacáridos. Los disacáridos más comunes son:

-Sacarosa: también conocida como azúcar común o azúcar de mesa, el cristal de sacarosa es transparente, el color blanco, es causado por la múltiple difracción de la luz en un grupo de cristales. Esta es el edulcorante más utilizado para endulzar los alimentos, en la naturaleza se puede encontrar en la caña de azúcar (20% en peso) y en la remolacha azucarera (15% en peso) y que este refinada o no, toda el azúcar de mesa es sacarosa.

-Lactosa: está formada por la unión de una molécula de glucosa y otra de galactosa. A esta también se le puede llamar azúcar de leche, ya que la podemos encontrar en la leche de las hembras de los mamíferos en una proporción del 4 al 5 por ciento, incluyendo también las vacas y los humanos. La hidrolisis de esta requiere una enzima β-galactosidasa (llamada lactasa). Hay humanos que sintetizamos esta enzima pero otros no. El consumo de leche o cualquier producto lácteo puede ocasionar molestias digestivas en las personas que tienen intolerancia a la lactosa que carecen de esta encima.

-Maltosa: también conocido maltobiosa o azúcar de malta, es un disacárido formado cuando se trata el almidón con germinado de cebada, llamado malta. Este proceso se lleva a cabo en la elaboración de la cerveza, que convierte los polisacáridos a disacáridos y monosacáridos que se fermentan con mayor facilidad.

Polisacáridos son carbohidratos en las cuales decenas, centenas o aun millares de azucares simples están unidos por medio de un enlace glicósidos. Son una clase de biopolímeros o polímeros de origen natural,  también sirven de reseras energéticas y estructurales para los seres vivos. Estos no son azucares reductores y no presentan mutorrotación apreciable. Los más comunes entre ellos son:

-Almidón: es un polisacárido cuyas unidades de carbohidrato se adicionan de manera sencilla para almacenar energía o remueven para proporcionar energía a los vegetales, y es la fuente de calorías más consumida por el ser humano.

-Celulosa: es una de las componentes estructural principal de las plantas. También es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la biomasa terrestre.

La hidrolisis de algunas de estas dos moléculas forma varias moléculas de glucosa:

Estereoquímica de los carbohidratos:

Debido a que los carbohidratos tienen por lo general numerosos centros quirales,  es necesario un método rápido para representar la estereoquímica de estos. En 1891, Emil Fischer sugirió un método basado en la proyección de un átomo de carbono tetraédrico en una superficie plana después de esto se comenzaron a adoptar estas proyecciones de Fischer y ahora son un medio estándar para representar la estereoquímica de los carbohidratos.

Un átomo de carbono tetraédrico se representa por dos líneas cruzadas. Las líneas horizontales representan los enlaces que salen de la página, y las líneas verticales representan enlaces que van hacia adentro de la página.

Por ejemplo este monosacárido más simple como lo es, el (R)-gliceraldehído, puede re- presentarse como se muestra

Debido a que una molécula quiral puede representar de varias maneras distintas, con frecuencia es necesario comparar dos proyecciones para ver si representan el mismo o diferentes enantiómeros. Para detectar la identidad, de las proyecciones de Fischer pero solo están permitidos dos tipos de movimiento; al mover en cualquier otra forma una proyección puede que se invierta su significado.

Una proyección de Fischer puede rotarse 180° en la página, pero esta no se puede rotar a 90°o 270°. Solo este tipo de rotación hace que se conserve la convención de Fischer al mantener que los mismos grupos sustituyentes vayan hacia afuera o hacia adentro del plano; veamos el siguiente ejemplo, en la proyección de Fisher del (R)-gliceraldehído, los grupos –H y –OH salen del plano antes y después de la rotación de 180°.

Una rotación de 90°o 270° rompe la convención de Fischer al intercambiar los grupos que van hacia adentro y a los que van hacia afuera. En las proyecciones de Fischer siguientes del (R)-gliceraldehído, los grupos –H y –OH van hacia afuera de plano antes de la rotación pero hacia adentro del plano después de dicha rotación.  Como resultado vemos la proyección rotada que representa al (S)- gliceraldehído.

Una proyección de Fischer puede tener un grupo fijo mientras que los otros tres rotan en dirección a favor o contraria a las manecillas del reloj. El efecto es simplemente la rotación alrededor de un solo enlace, lo cual no cambia la estereoquímica

Pueden asignarse designaciones estereoquímicas R,S al centro quiral en una proyección de Fischer siguiendo tres pasos:

Paso 1. Asigne de la manera habitual prioridades a los cuatro sustituyentes.

Paso 2. Coloque el grupo con la prioridad más baja, por lo general H, en la parte superior de la proyección de Fischer utilizando uno de los movimientos permitidos, lo cual significa que el grupo con la prioridad más baja está orientado hacia atrás, alejándose del espectador, como se requiere para asignar la configuración.

 Paso 3. Determine la dirección de la rotación 1→2→3 de los tres grupos restantes, y asigne configuración R o S.

Los carbohidratos con más de un centro quiral se muestran en las proyecciones de Fischer poniendo los centros quirales uno por uno. Por convención, el carbono con el grupo carbonilo siempre se coloca en la parte superior, veamos el siguiente ejemplo, la glucosa en una proyección de Fischer tiene cuatro centros quirales apilados uno sobre otro; sin embargo, tal representación no da una imagen concreta de la verdadera conformación de una molécula, la cual en realidad está doblada alrededor de sí misma de forma parecida a un brazalete.

Azucares D,L:

El gliceraldehido, la aldosa más sencilla solo tiene un centro quiral y por lo tanto tiene dos formas de enantiómeros; sin embargo, solo el enantiómero dextrarrotatorio se encuentra en la naturaleza. Esto es una muestre del gliceraldehido en estado natural colocada en un polarímetro rota al plano de la luz polarizada en una dirección en sentido a las manecillas del reloj, denotada (+).  Dado que se ha encontrado que el (+)- gliceraldehido tiene una configuración R en C2, puede representarse con una proyección de Fisher. Por razones históricas que datan desde antes de la adopción del sistema R,S, también se refiere al (R)-(+)-gliceraldehído como D-gliceraldehído (D por dextrarrotatorio). El otro enantiómero, (S)-(-)-gliceraldehído, se conoce como L-gliceraldehído (L por levorrotatorio). Debido a la manera en que los monosacáridos se biosintetizan en la naturaleza, la glucosa y la mayor parte de los otros monosacáridos que se encuentran en la naturaleza tienen la misma configuración estereoquímica R como la del D-gliceraldehido en el centro quiral más alejado del grupo carbonilo. Por tanto, en las proyecciones Fisher la mayor parte de los azucares de ocurrencia natural tienen el grupo hidroxilo en el centro quiral inferior apuntando a la derecha.

En contraste con los azucare D, los azucares l tienen una configuración S en el centro quiral más bajo, con el grupo –OH inferior apuntando hacia a la izquierda en las proyecciones de Fischer; por lo tanto, un azúcar l es la imagen especular del azúcar D y tiene la configuración opuesta al azúcar D. el prefijo D únicamente indica que el grupo –OH en el centro quiral más bajo tiene estereoquímica R y apunta hacia la derecha cuando se representa la molécula una proyección de Fischer. También note que el sistema D,L de la nomenclatura de los carbohidratos describe la configuración de un solo centro quiral y no indica nada hacer acerca de la configuración de los otros centro quirales que están presentes en la molécula.

Estructuras cíclicas monosacáridos:

Si los grupos carbonilo e hidroxilo están en la misma molécula, puede suceder una adición nucleofilica, lo que conduce a la formación de un hemiacetal cíclico. Los hemiacetales cíclicos de cinco y seis miembros están relativamente libres de tensión y son particularmente estables, por eso existen muchos carbohidratos que tienen un equilibrio entre las formas de la cadena abierta o cíclica.