Glucosa

Indice1. La familia de la glucosa. 2. El metabolismo. 3. Las principales transformaciones de los azúcares 4. El Azúcar Sanguíneo

1. La familia de la glucosa.

Los   CARBOHIDRATOS (también llamados azucares) son moléculas compuestas por carbono, oxígeno e hidrógeno y tienen las siguientes características químicas :

1. Su estructura está basada en un esqueleto carbonado (molécula orgánica)
3. Puede tener un grupo aldehído o un grupo cetona, ó ambos.
4. A la cadena carbonada se unen grupos hidroxilo ( OH-) por lo que se pueden considerar de la familia de los alcoholes polihidroxilados o "polioles".
5. Son moléculas ricas en enlaces de alta energía ( C-H; C-C;C-OH; C=O)
6. Por lo general tienen isómeros ópticos y muchas de éstas presentan actividad óptica.

Clasificación Los carbohidratos de bajo peso molecular son los llamados "azúcares" mientras que los de alto peso molecular corresponden a las harinas o almidones, celulosas y glucógeno. los azucares se clasifican en "monosacáridos", disacáridos" y "oligosacáridos", mientras que los carbohidratos de alto peso molecular se conocen como "polisacáridos".

Monosacáridos La química suele clasificar y "nombrar" las moléculas de acuerdo con el número de átomos de carbono que conformen su esqueleto básico; de éste criterio surge una clasificación de los monosacáridos con la que es importante familiarizarse, porque es frecuentada por la bioquímica, sobre todo en asuntos de nomenclatura. Esta clasificación es muy sencilla: se utiliza un prefijo correspondiente al número de átomos de carbono del carbohidrato y el sufijo "osa" para designar al grupo o familia de azucares. Aunque teóricamente los grupos posibles son ilimitados, en la práctica esta clasificación es útil para los monosacáridos de 3 a 6 átomos de carbono y se presenta en la siguiente tabla 1: Los monosacáridos también se clasifican en dos grades grupos dependiendo de la posición del grupo carbonilo (C=O) que los caracteriza. Si el grupo carbonilo esta localizado en un carbono terminal se trata de una "aldosa" y si éste grupo está localizado sobre un carbono secundario el azúcar es una "cetosa". Entre las aldosas más estudiadas por la bioquímica se encuentra la "glucosa" y entre las cetosas su homologa es la "fructosa"

Tabla 1.- Monosacaridos y los isomeros del Gliceraldehido.

Tabla 2.- representaciones Graficas de la Estructura de los carbohidratos

Disacáridos y oligosacáridos Los disacáridos son sustancias cuyas moléculas están constituidas por dos unidades de monosacárido por lo que se pueden considerar como "dimeros" . El enlace característico mediante el cual se unen los dos monosacáridos para conformar un disacárido se conoce como "enlace glucosídico" y es un enlace tipo : C-O-C derivado de la combinación de un grupo hidroxilo, de una molécula de monosacárido, con una porción aldehido o cetona de la otra (Formación de hemiacetales y hemicetales). Los disacáridos más comunes son la maltosa, la lactosa y la sacarosa. Tienen también en común el hecho de que, al menos uno de los monosacáridos que conforman el dímero, es D-glucosa. 

Otras propiedades de disacáridos: Los oligosacáridos ( del griego oligo "pocos") son carbohidratos constituidos por varias unidades de monosacáridos pero que están entre lo limites de 2 y 10 unidades. Los disacáridos son oligosacáridos, por lo que no es extraño encontralos bajo esta denominación en algunos textos; algunos de estos son la "Rafinosa" del azúcar de remolacha y la "Melicitosa" derivada de la savia de algunas plantas coníferas.

Polisacáridos Como su nombre lo indica, son polímeros constituidos por cadenas de monosacáridos, que se unen por medio de enlaces glucosídicos. Los polisacáridos, conocidos también como: "Glucanos", se diferencian entre sí por la clase de monosacáridos que los constituyen, por la longitud de las cadenas, por el grado de ramificación y por su origen biosintético. Los "homopolisacáridos" están constituidos por un solo tipo de monosacárido, mientras que los "heteropolisacáridos", por dos o más clases de monosacáridos.

Almidón El almidón es un homopolisacárido constituido por unidades de D-glucosa que forman el enlace glucosídico mediante enlaces c. En el tejido de los frutos y raíces vegetales el polímero se forma de tamaños variados con pesos moleculares que varían desde miles hasta 500.000. El almidón se encuentra en dos formas : amilosa y amilopectina. La amilosa e se caracteriza porque sus cadenas largas, no ramificadas y por lo general forman una estructura helicoidal. Es posible preparar soluciones coloidales de amilosa, pero ésta no es soluble en agua; de hecho para las aplicaciones domésticas e industriales suelen utilizarse las preparaciones coloidales en agua. La amilopectina es un polímero de D-glucosa de cadenas ramificadas de longitud media ( 24 a 30 unidades por ramificación). Los enlaces glucosídicos de la cadena principal (esqueleto) son del tipo a (1–›4) pero los de los puntos de ramificación son a (1–›6). La amiloperctina constituye el 80% de casi todos los almidones. Es muy viscosa y es fácilmente hidrolizada por la amilasa. El almidón se encuentra abundantemente en los granos, semillas, tubérculos y frutas. Es la fuente principal de carbohidratos para el hombre. Si se hierve en agua, se hincha y forma una pasta o engrudo. El llamado almidón soluble se puede obtener tratando previamente el almidón con ácido clorhídrico diluido y frió. 

Glucógeno El glucógeno, también llamado almidón animal es un homopolímero de glucosa análogo al almidón vegetal pero con una grado mayor de ramificación al de la amilopectina y mas compacto. Abunda principalmente en el hígado de los animales superiores, constituyendo el 10% de su peso húmedo. Se halla también en proporción del 1 al 2% en el músculo esquelético.

Celulosa Es el constituyente principal de las membranas de las células vegetales y pes prácticamente insoluble en agua y resistente a la digestión ácida e incluso a la acción de las amilasas gástricas. Cuando se hidroliza produce glucosa pero no sufre alteración significativa en el tracto digestivo, como si ocurre con los almidones, el glucógeno y las dextrinas. Los animales herbívoros, cuya base alimenticia es rica en celulosa, han desarrollado un sistema mediante el cual algunas bacterias, levaduras y protozoos atacan la celulosa para formar , D-glucosa y ácidos grasos inferiores que el animal utiliza para fines energéticos. La celulosa también es un Homopolímero lineal y se diferencia de los almidones en el tipo de enlace glucosídico que forma: mientras que el enlace glucosídico de los almidones y el glucógeno es principalmente del tipo a (1–›4),el de la celulosa es del tipo b (1–›4). Se ha estimado el peso molecular de celulosas de diversas procedencias encontrándose un rango amplio de variación: 50.000 a 2500000, el equivalente a un rango de 300 a 15000 unidaddes de glucosa por molécula. Las pruebas de difracción con rayos X demuestran que las moléculas de celulosa están organizadas en cadenas paralelas que forman fibrillas, las cuales se aglutinan por otros polímeros llamados hemicelulosa, pectina y extensina.

2. El metabolismo.

Como ya se mencionó, las células están compuestas de moléculas, a su vez constituidas en su mayor parte por seis elementos principales, que son: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre; estos elementos forman 99% de su peso. Por otra parte, el agua es la sustancia más abundante en la célula y ocupa 70% de su peso. El átomo de carbono desempeña un papel importantísimo en la biología, debido a que es capaz de formar moléculas de gran tamaño y variedad, ya que puede formar cadenas o anillos. Los átomos de carbono forman enlaces muy fuertes y resistentes ya sea entre ellos mismos o con otros átomos, los cuales se conocen como enlaces covalentes. Cada átomo de carbono se puede combinar con otros, y formar así un número muy grande y variado de compuestos. Pero los enlaces, por su propia "fuerza" o energía, representan en realidad la forma en la que nuestras células reciben energía y la pueden utilizar, mediante complicados procesos, que trataremos de analizar en este capítulo. Antes de empezar, señalaremos el significado de algunos términos que se utilizan con frecuencia al hablar de las transformaciones de las sustancias que se encuentran en los seres vivos. En primer lugar, las células cuentan con caminos para formar moléculas más pequeñas a partir de moléculas grandes, y a este proceso se le llama catabolismo. Hay un proceso inverso, que consiste en la formación de moléculas más grandes, a partir de otras más pequeñas, que recibe el nombre de anabolismo. De forma general, a todo el conjunto de transformaciones que sufren las sustancias en el organismo o en una célula se le llama metabolismo. Para que las células puedan aprovechar las sustancias en sus distintas funciones deben primero degradarlas. Los procesos de degradación, o catabólicos, ocurren en tres etapas; en la primera, se rompen las grandes moléculas en sus componentes más sencillos, las proteínas en aminoácidos, los carbohidratos en azúcares sencillos y las grasas en ácidos grasos. Esta degradación de las moléculas grandes libera energía que se disipa en parte en forma de calor. En una segunda etapa, estas pequeñas moléculas son a su vez degradadas para formar moléculas todavía más pequeñas, con la posibilidad de obtener energía útil para la célula. Estas moléculas pequeñas son el piruvato y la acetil coenzima A; el piruvato también a su vez se transforma en acetil coenzima A.

Metabolismo de ázucares. Para el caso de los azúcares, por ejemplo, en la primera etapa se degradan los polímeros, como el glucógeno, para dar glucosa. En la segunda etapa, la glucosa se degrada para dar piruvato, y éste se convierte en acetil coenzima A. Finalmente, ésta se degrada para dar CO2 y H2O. Es necesario señalar que, de las tres etapas, sólo en las dos últimas se obtiene energía aprovechable por la célula, en forma de ATP. La degradación de la glucosa a piruvato u otros compuestos cercanos es probablemente el camino metabólico más antiguo que existe, y todavía algunos organismos lo utilizan para obtener ATP. Con objeto de obtener energía y otras sustancias, tan sólo para partir a la molécula de glucosa en dos fragmentos iguales de piruvato o lactato, se requiere de un gran número de pasos, catalizados cada uno por una enzima diferente. La degradación de la glucosa, o glucólisis, se puede llevar a cabo tanto en ausencia como en presencia de oxígeno. Sin embargo, lo más importante del proceso es que parte de la energía contenida en los enlaces de la glucosa puede transformarse, con bajo rendimiento, en la de los enlaces del ATP, directamente aprovechable por la célula. Pero aunque una molécula de glucosa que se degrada para dar ácido láctico sólo produce dos moléculas de ATP, esta vía puede funcionar a gran velocidad en algunas células, las musculares, por ejemplo. Los atletas que participan en las pruebas rápidas, como por ejemplo la carrera de los 100 metros, obtienen casi toda la energía para la competencia, de esta vía metabólica.

Figura 1.- Glucólisis. Por cada molécula de glucosa se obtienen al final del proceso dos moléculas de lactato cuando se recorre el camino completo. y en el caso de la fermentación se producen dos moléculas de etanol (alcohol). Esta vía metabólica, la glucólisis, tiene una gran importancia pues además de proporcionar ATP a la célula, proporciona el piruvato que luego se ha de transformar en acetil coenzima A, que le permite continuar, utilizando otra vía metabólica, con la degradación hasta bióxido de carbono y agua, como veremos a continuación.

3. Las principales transformaciones de los azúcares

Como ya se describió antes, los organismos tienen diferentes tipos de carbohidratos: monosacáridos, disacáridos, moléculas que se llaman oligosacáridos y polisacáridos, cuyo grado de agregación o polimerización depende de los diferentes monosacáridos. Sin duda, el eje del metabolismo celular es la glucosa; este monosacárido está distribuido en todos los organismos, ya sea en forma libre, como parte de otras moléculas, como los disacáridos sacarosa y lactosa, o en polisacáridos de reserva, como el almidón, el glucógeno o la celulosa, o en productos derivados, algunos de los cuales se mencionaron en el capítulo I. Los almacenes de azúcar. Cuando la glucosa entra a una célula puede tomar el camino hacia la síntesis de polímeros. La figura 2 muestra cómo en las células animales este azúcar, a través de varios pasos, se puede incorporar a una molécula ya existente de glucógeno. En las células vegetales, uno de los destinos de la molécula de glucosa es convertirse, por un mecanismo semejante, en almidón. Tanto el glucógeno como el almidón y otros polímeros de los azúcares forman sistemas de reserva en los organismos. Por lo tanto, también hay vías para la degradación de estas sustancias. La misma figura 2 muestra también que la conversión de la glucosa en glucógeno es un camino reversible. De hecho, cuando comemos se sintetiza el glucógeno para guardar los azúcares que hemos ingerido. Luego, este polímero se va degradando lentamente entre una comida y otra y mantiene el nivel de glucosa de nuestra sangre, pues muchos tejidos requieren azúcar en forma constante. En los animales el glucógeno sirve para almacenar azúcar, la cual se gasta entre una comida y otra; en las plantas el almidón se almacena en las estructuras que aseguran su reproducción, como las semillas de los cereales, o en los tubérculos, como las papas. Figura 2.- El almacenamiento de la glucosa. En los animales se polimeriza para fabricar glucógeno, que es la principal manera de almacenamiento; en los vegetales crea almidón. Ambas formas pueden luego degradarse para dar de nuevo glucosa, la cual aprovechan los seres vivos. El otro camino que puede seguir la glucosa es su degradación. Para ilustrar este caso pensemos en una célula animal, la muscular, por ejemplo. La figura 3 muestra las transformaciones que este azúcar sufre al convertirse en piruvato (la sal del ácido pirúvico), o el lactato (la sal del ácido láctico). Las fórmulas químicas están sólo como referencia. Figura 3.- Esquema general de la glucólisis El esquema completo se presenta para mostrar la complejidad del sistema, aunque no está representado con todo detalle. A continuación destaco algunos puntos importantes que se dan cuando una célula degrada una molécula de glucosa: A) Al degradar la glucosa para convertirla en lactato o piruvato sólo implica partir a la molécula, de seis átomos de carbono, en dos de tres. No obstante lo complicado que pueda parecer la vía metabólica, la transformación final es relativamente simple. B) En este proceso, aunque al principio se invierten dos moléculas de ATP, después entran dos de fosfato (P) y cuatro más de ADP, para dar cuatro de ATP. El resultado neto es que al partir una molécula de glucosa en dos de lactato, se generan en forma neta dos moléculas de ATP a partir de dos de fosfato y dos de ADP. C) Aunque la cantidad de ATP que resulta de cada molécula de glucosa es muy pequeña, esta vía puede ser extremadamente veloz. Durante el ejercicio muscular intenso, de un atleta por ejemplo, proporciona casi toda la energía que se requiere, compensando el rendimiento con la velocidad. D) Otra cuestión interesante es que la degradación de la glucosa en esta vía se puede continuar por la transformación del piruvato en acetil coenzima A, hacia el llamado ciclo de los ácidos tricarboxílicos, o ciclo de Krebs; en él se degrada totalmente hasta dar CO2 y agua. En este ciclo, por otra parte, al conectarse con la fosforilación oxidativa, que se mencionará al hablar de las mitocondrias, se produce la mayor parte del ATP sintetizado. Por esta última razón la glucólisis es considerada también la vía de entrada de la glucosa y los azúcares en general a una de las vías catabólicas principales. E) Finalmente, esta vía es en gran parte reversible; es decir, a partir del piruvato se obtiene glucosa, e incluso el mismo glucógeno y otros polisacáridos. Esto es importante, porque así es como se transforman en azúcares los aminoácidos, que provienen de las proteínas.

4. El Azúcar Sanguíneo

La glucosa es el azúcar. El azúcar sanguíneo sube después de comer o beber algo además del agua. Un nivel alto de glucosa (la hiperglicemia) puede ser una señal de la enfermedad de diabetes. Un nivel alto de azúcar sanguíneo a largo plazo puede dañar los ojos, nervios, riñones y el corazón. El azúcar sanguíneo alto puede ser un efecto secundario de un inhibidor de proteasa, un tipo de medicamento anti-VIH. Niveles bajos de azúcar (la hipoglicemia) pueden causar la fatiga pero hay otras causas más comunes de fatiga para las personas con VIH. En una persona saludable el azúcar se controla por la insulina. La insulina es una hormona producida por el páncreas. Esta ayuda el movimiento de glucosa de la sangre en las células para producir la energía. Los niveles de azúcar altos podrían significar que el páncreas no produce bastante insulina. Sin embargo, algunas personas producen bastante insulina pero su cuerpo no responde normalmente. Esto se llama "resistencia a la insulina." En ambos casos las células no obtienen bastante glucosa para producir la energía y la glucosa se acumula en la sangre. Algunas personas que toman los inhibidores de proteasa desarrollan resistencia a la insulina y pueden tener niveles altos de glucosa. Esta condición a veces se trata con los mismos medicamentos que la diabetes. Hay tres maneras de probar los niveles de glucosa en la sangre:

• La prueba aleatoria de glucosa. Esto mide la glucosa en una muestra tomada cuando come en su horario usual.
• La prueba de glucosa de ayuno. Se usa una muestra de sangre tomada cuando no ha comido o bebido nada (excepto el agua) durante por lo menos 8 horas.
• La prueba de tolerancia de glucosa. Esto empieza con una prueba de glucosa de ayuno. Entonces se da una cantidad moderada de glucosa en una bebida dulce. La glucosa se mide en varias muestras de sangre tomadas a intervalos específicos.

Si la glucosa es demasiado alta podría tener la diabetes. El tratamiento para la diabetes involucra la pérdida de peso, la dieta y el ejercicio. También puede involucrar medicamentos o inyecciones de insulina.

5. Bibliografía.

1. GANONG WILLIAM F., FISIOLOGIA MEDICA, 13a edición, Editorial Manual Moderno, 1992
2. LEHNINGER ALBERT L. BIOQUÍMICA, Editorial OMEGA, 1995
3. MURRAY ROBERT K, et al. BIOQUÍMICA DE HARPER, 14a edición, Editorial Manual Moderno, 1994
4. PINE STANLEY H., QUÍMICA ORGANICA, 2a edición, Editorial McGRAW HILL,1988

Recursos De Internet http://www.aidsinfonet.org/108e-labs3.html#anchor274313 http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/html/biologia.htm http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/html/quimica.htm http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/142/htm/sec_8.htm

http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/122/htm/sec_6.htm

Palabras Clave.- Glucosa, Carbohidratos, Azucares, Energía, Metabolismo y Diabetes mellitus.

Resumen Es de importancia conocer la enorme diversidad de sustancias que compone a los seres vivos, por sus semejanzas estructurales es posible agruparla en ciertas categorías; Azúcares Lípidos y las Proteínas. Las células cuentan con habilidades para formar moléculas más pequeñas a partir de moléculas grandes, y a este proceso se le llama catabolismo. Hay un proceso inverso, que recibe el nombre de anabolismo. De forma general, a todo el conjunto de transformaciones que sufren las sustancias en el organismo o en una célula se le llama metabolismo. Debido a su importancia energética tomamos como tema central a las unidades biomoleculares conocidas como carbohidratos o azúcares, a partir del cual basaremos nuestro conocimiento al entendimiento del METABOLISMO Y FUNCION de la molécula de GLUCOSA. En vista de que la glucosa posee una distribución en todos los organismos y sin duda, forma el eje central del metabolismo celular, por lo que debemos conocer la transformaciones que está sufre. También es conocida como el azúcar sanguíneo. Recordemos que un nivel alto de glucosa (la hiperglicemia) puede ser una señal de la enfermedad de diabetes mellitus. Un nivel alto de azúcar sanguíneo a largo plazo puede dañar los ojos, nervios, riñones y el corazón.

Autor:

Edgar Cordoba Aguilar

Córdoba – Aguilar Edgar, Universidad Veracruzana, Instituto de Salud Publica, Laboratorio de Ecología y Salud, Bioquímica General.