El siguiente fragmento es traducido y adaptado del Capítulo de entendiendo la comida, si requieres más información tendrás que consultar el libro Chem Com.
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.
Figura 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.
Figura 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.
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.
C.3 PROTEÍNAS
La proteína ha sido descrita como el material primario de toda vida. Las proteínas son los principales componentes estructurales del tejido vivo.
Cuando miras a otra persona, cada cosa que tú vez es proteína: piel, cabello, globos oculares, uñas. Dentro del cuerpo, huesos y cartílago, tendones, y ligamentos todo contiene proteína, como las plumas de los pájaros y la piel, pezuñas y cuernos de animales. En suma, más moléculas enzima que ayudan a controlar las reacciones químicas en la célula son proteínas.
La palabra “proteína” viene de la palabra griega proteios, la cual significa “de primera importancia”.
La tabla 6 lista sólo unos pocos de los roles principales de las proteínas en el cuerpo humano.
La proteína es constantemente necesitada para nuevo crecimiento y mantenimiento del tejido existente. Por ejemplo, las células de sangre roja deben ser remplazadas cada mes. Las células que arrugan el sistema intestinal son remplazadas semanalmente. Cuando nos bañamos limpiamos células muertas de la piel.
Las proteínas son polímeros construidos de pequeñas moléculas llamadas amino ácidos. Cada amino ácido contiene carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno; algunos contienen también azufre. Al igual que las moléculas de azúcar están construyendo bloques para carbohidratos más complejos, 20 diferentes amino ácidos son las unidades estructurales de todas las proteínas.
Las proteínas están compuestas de largas cadenas de amino ácidos; las proteínas tienen pesos moleculares de 5000 a muchos millones.
Al igual que las 26 letras de nuestro alfabeto se combinan en diferentes maneras para formar cientos de miles de palabras, los 20 amino ácidos pueden combinarse en un número virtualmente infinito de modos para formar proteínas diferentes.
Todos los amino ácidos tienen características estructurales similares, como está demostrado en la figura 8.
Dos grupos funcionales, el grupo amino ( - NH2) y el grupo carboxil ( - COOH), son encontrados en cada molécula amino ácido.
Foto Construyendo la proteína del cuerpo.
La combinación de dos moléculas amino ácido con pérdida de una molécula de agua, como está ilustrado en la figura 9, es una típica reacción de condensación. Como el almidón, el nylon, y el polyester (ver página 204), las proteínas son polímeros de condensación.
Prueba tu destreza como un “arquitecto molecular” en la siguiente actividad de construcción de proteína.
Figura 8 Amino ácidos representativos.
Figura 9 Formación de un dipéptido de dos aminoácidos. Todas las proteínas contienen aminoácidos vinculados en esta forma.
Figura 10 Formación de un vínculo péptido. Cada amino ácido puede formar vínculos péptidos con otros dos amino ácidos.
Ejercicio
Estructura Molecular de Proteínas
1. a. Dibuja estructuras para glicina y alanina en tu propio papel (ver Figura 8).
b. Encierra en un círculo e identifica los grupos funcionales en cada molécula.
c. ¿Cómo difieren las dos moléculas?
2. Las proteínas son polímeros de amino ácidos. Examina la ecuación muestra en la Figura 9 para ver como un par de amino ácidos se ligan juntos. Observarás que el ligue de amino ácidos a través del grupo amina sobre un amino ácido y el grupo carboxil sobre otro. Cada enlace es llamado un enlace péptido, o vínculo péptido, y está representado por
La formación de un vínculo péptido es mostrada en mayor detalle en la Figura 10. Desde que cada amino ácido contiene por lo menos un grupo amina y un grupo carboxil, puede formar un vínculo péptido en cualesquiera de los dos, o ambos, extremos. Con las Figuras 9 y 10 como modelos, completa lo siguiente:
a. Usando fórmulas estructurales, escribe la ecuación para la reacción entre dos moléculas de glicina. Encierra en un círculo el vínculo péptido en el producto dipéptido.
b. Usando fórmulas estructurales, escribe ecuaciones para posibles reacciones entre una molécula de glicina y una molécula de alanina. (Consejo: Son posibles dos productos dipéptidos.)
3. Examina las fórmulas estructurales de los dos productos dipéptidos identificados en la pregunta 2. Observa que cada dipéptido aún contieneun grupo amino reactivo y un grupo carboxil reactivo. Eso significa que esos dipéptidos podrían reaccionar más con otros amino ácidos, formando más enlaces péptidos. Considera los siguientes problemas suponiendo que tienes provisiones de los tres diferentes amino ácidos:
a. Si cada tipo de amino ácido puede ser usado solamente una vez, ¿Cuántos distintos tripéptidos (tres amino ácidos ligados juntos) pueden ser formados? (Consejo: representa cada tipo de amino ácido por una letra – abc, acb, etc.)
b. Si un amino ácido dado puede aparecer cualquier número de veces en el tripéptido, ¿Cuántos tripéptidos diferentes pueden ser formados?
c. ¿Cuántos tetrapéptidos podrían ser formados desde cuatro diferentes amino ácidos? (Por simplicidad, supón que cada amino ácido es utilizado solamente una vez por tetrapéptido.)
d. Dados 20 diferentes amino ácidos y el hecho de que las proteínas oscilan en longitud desde casi 50 unidades amino ácidas a más de 10,000, ¿Sería el número teórico de distintas proteínas en los cientos, miles, o millones - más?
e. ¿Cómo hacen estas intuiciones relación a la originalidad observada de cada organismo viviente?
Cuando los alimentos conteniendo proteína alcanzan tu estómago y pequeño intestino, los vínculos péptidos entre los amino ácidos son fragmentados por enzimas conocidas como proteasas. Los amino ácidos separados luego viajan a través de los muros intestinales al torrente sanguíneo, al hígado y luego al resto del cuerpo. Allí ellos están construyendo bloques para nuevas proteínas para satisfacer las necesidades del cuerpo.
Si comes más proteína de la que tu cuerpo necesita–o, alternativamente, si tu cuerpo necesita quemar proteína debido a que los carbohidratos están cortos en provisión – los amino ácidos reaccionan en el hígado. Allí los átomos de nitrógeno son removidos y convertidos en urea, la cual es excretada a través de los riñones en orina. (Esto ayuda a explicar por qué una dieta alta en proteína coloca una carga extra en el hígado y los riñones de uno).El restante de la molécula de amino ácido es convertido en glucosa y quemado, o transformado para almacenar grasa.
El cuerpo humano puede sintetizar 12 de los 20 amino ácidos. Los otros ocho, llamados amino ácidos esenciales, deben ser obtenidos de la proteína en la dieta. Si un amino ácido esencial está en corta provisión en la dieta, puede llegar a ser un reactivo limitante en construir cualquier proteína conteniendo ese amino ácido. Cuando esto ocurre, la única manera en la que el cuerpo puede hacer esa proteína es destruyendo una de sus propias proteínas que contiene el amino ácido limitante.
Los amino ácidos esenciales
Isoleucina Fenilalanina
Leucina Treonina
Lisina Triptofano
Metionina Valina
Histidina (para niños)
Más proteínas animales contienen todos los ocho amino ácidos esenciales en las cantidades necesarias. Cualquier proteína que contenga suficiente de todos los amino ácidos esenciales es llamada una proteína completa. Las proteínas vegetales y algunas proteínas animales están incompletas; no contienen cantidades adecuadas de todos los ocho amino ácidos esenciales.
Aunque ninguna proteína vegetal simple puede proveer cantidades adecuadas de todos los amino ácidos esenciales, ciertas combinaciones de proteínas vegetales pueden. Tales combinaciones de alimentos, los cuales son dichos de contener proteínas complementarias , forman una parte de muchas dietas en varias partes del mundo.
Debido a que tu cuerpo no puede almacenar proteína, una dieta balanceada de proteína es requerida diariamente. La cantidad de proteína recomendada diariamente es el 15% del total de Calorías diarias. Demasiada proteína es tan dañina como demasiado poca debido a que el exceso de proteína causa presión sobre el hígado y los riñones, órganos que metabolizan proteína. Demasiada proteína también incrementa la excreción de los iones de calcio (Ca2+)los cuales son importantes en la transmisión nerviosa y en la estructura de huesos y dientes. Una dieta pesada de proteína puede aún causar deshidratación, un problema particularmente importante para los atletas.
Las proteínas son más comentadas en la unidad Riesgo.
Las Subvenciones Diarias Recomendadas especificadas están basadas sobre actuales estaturas y pesos medios para la población de los Estados Unidos de edad y sexo designados, como en la Tabla 8. El uso de estas figuras no implica que los radios estatura a peso son ideales.
D1 VITAMINAS
Las vitaminas desempeñan tareas muy especializadas. Por ejemplo, la vitamina D mueve los iones de calcio desde tus intestinos dentro del torrente sanguíneo.
Sin vitamina D, mucho del calcio que tu ingieres estaría perdido.
Por definición, las vitaminas son biomoléculas necesarias en pequeñas cantidades para crecimiento, reproducción, salud, y vida. A pesar de su importancia, la cantidad total de vitaminas requeridaspor un humano es casi de 0.2 g diariamente.
Aunque el término “vitamina” fue acuñado en los principios del siglo 20, evidencia muy temprana ha sugerido que substancias químicas distintas de grasas, proteínas, y carbohidratos son requeridas por el cuerpo. Por ejemplo, el escorbuto, con síntomas de articulaciones hinchadas, encías sangrantes, y piel tierna, fue una vez común entre los marinos. Tan temprano como el siglo XVI, el escorbuto fue considerado como un síntoma de deficiencia alimenticia. Después de la mitad del siglo XVIII, los marineros aprendieron a llevar frutas cítricas en largos viajes para prevenir el escorbuto. Ahora sabemos que el desorden es causado por la falta de vitamina C. Otros problemas de salud son también causados por deficiencias vitamínicas.
Cerca de una docena de diferentes vitaminas han sido identificadas. Su existencia ha sido determinada y probadas sintetizándolas en el laboratorio y luego probándolas en dietas animales. La Tabla 9 (Página 252) ilustra cómo las vitaminas sostienen la vida humana.
Las vitaminas pueden ser clasificadas como lipo – solubles o hidro – solubles (ver Tabla 9). Tu cuerpo absorbe las vitaminas lipo – solubles dentro de la sangre desde el intestino con la asistencia de grasas en la comida que comes. Estas vitaminas pueden ser almacenadas en la grasa corporal, y así no es necesario comerlas diariamente. En realidad, debido a que ellas se acumulan dentro del cuerpo, pueden llegar a ser tóxicas si son tomadas en grandes cantidades.
Recuerda que “igual disuelve igual”.
Como las vitaminas hidro – solubles no son almacenadas en el cuerpo, ellas deben ser parte de tu dieta diaria. El cocinado puede arrasar o destruir algunas de ellas, tales como las vitaminas B y C.
La vitamina hidro – soluble B en las células del cuerpo libera energía de los alimentos. Todos son cofactores, pequeñas moléculas no – proteína que ayudan a las enzimas a desempeñar sus funciones.
¿Cuánto es “suficiente” de cada vitamina? Eso depende de tu edad y género. Las Subvenciones Dietéticas Recomendadas (RDA – por su siglas en inglés - ) para las vitaminas están resumidas en la Tabla 10.
mg = microgramo = 10-6 g.
RE = equivalentes retinol; 1 equivalente retinol = 1mg de retinol
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