Glucosa

Indice
1. 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.