3.3. Lípidos

Los lípidos son un tipo de hidrocarburos constituidos mayoritariamente por enlaces C-C o C-H no polares, lo que les clasifica como moléculas hidrofóbicas o insolubles en agua.
Constituyen un elemento básico en muchas hormonas, así como en las membranas celulares. Son un importante almacén de energía en forma de grasa a largo plazo para las células, proporcionan aislamiento térmico tanto para las plantas como los animales, y en los animales acuáticos forman una capa protectora gracias a la mencionada naturaleza hidrofóbica de las moléculas que los componen.

Dentro de los lípidos se incluyen las siguientes categorías:

Grasas y aceites

Las grasas, debido a su estructura química, también se denominan triacilgliceroles o triglicéridos. Están compuestas de dos componentes básicos: glicerol y ácidos grasos. El primero de ellos es un compuesto orgánico (concretamente un tipo de alcohol) con tres átomos de carbono, cinco de hidrógeno y tres grupos hidróxilo (OH).
Los ácidos grasos, a su vez, se componen de una larga cadena de hidrocarburos a la que se une un grupo carboxilo. El número de carbonos en los ácidos grasos varía generalmente entre 4 y 36, aunque los más habituales son los que poseen de 12 a 18 carbonos.
En sus moléculas los ácidos grasos se unen a los tres carbonos del glicerol con un enlace éster a través de un átomo de oxígeno, y durante la formación de dicho enlace se liberan tres moléculas de agua.

Los ácidos grasos se van a dividir en dos grupos: saturados e insaturados.
Los primeros presentan únicamente enlaces simples entre los carbonos vecinos de la cadena de hidrocarburos. Un ejemplo es el ácido esteárico formado por 18 átomos de carbono y en el que el número de átomos de hidrógeno unidos al esqueleto de carbono es máximo (no pueden unirse más). Se encuentra presente en aceites y grasas animales y vegetales. Entre sus utilidades se encuentran la fabricación de velas, jabones, plásticos, cosméticos y en el proceso de ablandamiento del caucho.

Los ácidos grasos insaturados, por el contrario, presentan su cadena de hidrocarburos con doble enlace entre sus átomos de carbono. Entre los más comunes se halla el ácido oleico conocido por su acción beneficiosa en los vasos sanguíneos, disminuyendo el riesgo de sufrir enfermedades hepáticas y cardiovasculares.

Los ácidos grasos insaturados se conocen popularmente como aceites, los cuales son líquidos a temperatura ambiente y pueden ser monoinsaturados cuando cuentan con un único enlace doble de carbono (aceite de oliva) o poliinsaturados si tienen más de uno (aceite de colza).

Las plantas acumulan las grasas o aceites en las semillas, sirviendo como depósitos energéticos durante el desarrollo de las mismas. En los mamíferos, en cambio, la grasa forma glóbulos que ocupan la mayor parte del volumen de un tipo de células muy especializado denominado 'adipocitos'.

Las grasas insaturadas o aceites son habitualmente de origen vegetal y contienen ácidos grasos insaturados cis (visita la entrada “El átomo de carbono” para recordar los conceptos configuración cis y trans). Este doble enlace cis causa una curvatura o retorcimiento que evita que los ácidos grasos se compacten, manteniéndolos en estado líquido a temperatura ambiente. Como ejemplos de grasas insaturadas podemos citar los aceites de oliva, de maíz, el de colza o el de bacalao. Este tipo de grasas se caracteriza por ayudarnos a bajar los niveles de colesterol en contraste con las grasas saturadas que contribuyen a la formación de placas en las arterias.

Grasas trans

Las grasas con configuración trans (abreviadamente grasas trans) presentes en algunos productos alimenticios como la margarina o la mantequilla de cacahuete pueden conducir a incrementar los niveles de lipoproteínas de baja densidad (LDL), más comúnmente conocido como colesterol “malo”, el cual se deposita en las paredes arteriales dando como resultado alteraciones cardiovasculares.
Estas grasas trans son producidas por la industria alimentaria mediante el denominado proceso de 'hidrogenación' en el que los dobles enlaces de la estructura cis de la cadena de hidrocarburos se convierten en dobles enlaces en la configuración trans. Durante este proceso los aceites se solidifican inyectándoles hidrógeno gaseoso para que adquieran esa consistencia semisólida deseable en muchos de los productos de la comida procesada.

Ácidos grasos omega

Tanto los ácidos grasos omega-3 como los omega-6 pertenecen al grupo de los ácidos grasos esenciales requeridos por el organismo humano pero que al no ser capaz de sintetizarlos debe ingerirlos a través de la dieta.
Los términos omega-3 y omega-6 nos indican que son el tercer y sexto carbono contando desde el final de la cadena el que se conecta a su carbono vecino mediante un doble enlace.

Entre los alimentos que son fuentes de omega-3 encontramos pescados como la trucha, el atún y el salmón. Este tipo de ácidos grasos reducen la tensión sanguínea y los niveles de triglicéridos en sangre, previene la aparición de trombosis, de ataques cardíacos repentinos y puede ayudar a reducir el desarrollo de algunos tipos de cáncer.

Las grasas además de servir como depósitos de energía a largo plazo o proporcionar aislamiento al cuerpo, también permiten la asimilación de las denominadas vitaminas liposolubles, por lo que, a pesar de la mala publicidad con la que cuentan, las grasas consideradas “saludables” sí han de ser consumidas en dietas equilibradas en cantidades moderadas.

Ceras

Están formadas por largas cadenas de ácidos grasos esterificados^[1] con un alcohol de cadena larga.
Debido a su naturaleza hidrofóbica desempeñan una función protectora en las hojas de algunas plantas y las plumas de las aves acuáticas.

Fosfolípidos

Se encuentran constituidos por cadenas de ácidos grasos unidas a una columna vertebral de glicerol o esfingosina^[2], donde dos ácidos grasos forman una molécula de diaciglicerol y el tercer carbono de la columna vertebral del glicerol es ocupado por un grupo fosfato modificado.
El compuesto configurado por la molécula de diacilglicerol y el grupo fosfato constituyen los fosfatidatos que son los precursores de los fosfolípidos.
Los fosfolípidos forman parte de la capa más externa de las células animales y el principal elemento de las membranas plasmáticas, las cuales desempeñan un papel fundamental en la comunicación celular.

Los fosfolípidos constituyen estas membranas organizándose de tal modo que las colas del fosfolípido (ácidos grasos hidrofóbicos) se orientan hacian el interior de la membrana y la cabeza del fosfolípido (grupo fosfato hidrofílico) se sitúa en la parte externa en contacto con el ambiente acuoso. Esta ambivalencia al contener una parte hidrofóbica y otra hidrofílica hace que los fosfolípidos se conozcan con el nombre de moléculas anfipáticas.

La naturaleza dinámica que caracteriza a las membranas plasmáticas obedece al hecho de estar compuestas por fosfolípidos. Al entrar en contacto con el agua las moléculas de fosfolípidos se ordenan espontáneamente en una estructura esférica conocida como micela, con las cabezas (polares) hacia fuera en contacto con el agua y las colas (no polares) hacia dentro, de igual modo que lo hacen las membranas plasmáticas.

Esteroides

A pesar de no tener mucho parecido con el resto de lípidos, debido a que cuentan con una estructura de anillo, se incluyen también dentro de esta categoría al ser insolubles en agua.
Todos los esteroides están formados por cuatro anillos fusionados de carbono, y muchos de ellos cuentan con el grupo funcional –OH lo que les permiten ser clasificados como alcoholes (esteroles). Además, varios de ellos, como el colesterol, presentan en su estructura una cola hidrocarbonada corta.

El colesterol es el más común de los esteroides en los humanos y animales, es sintetizado en el hígado, siendo el precursor de la vitamina D y las sales biliares que ayudan a la metabolización de las grasas para su posterior absorción en las células.
Entre otras funciones a destacar, cabe señalar que es segregado por las gónadas y glándulas endocrinas, al ser el precursor de hormonas esteroideas como la testosterona y el estradiol^[3]. Por tanto, como podemos advertir, a pesar de la mala fama que posee el colesterol entre los profanos, juega un papel primordial para el correcto funcionamiento de nuestro organismo.

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[1] Las reacciones de esterificación son aquellas por las que se obtiene un éster, normalmente mediante la reacción de un ácido carboxílico y un alcohol.
Los ésteres son compuestos orgánicos que se originan al sustituir, al menos, un grupo hidróxilo (-OH) por un alquilo u otro grupo orgánico.
[2] Aminoalcohol formado por 18 carbonos, constituyendo una cadena hidrocarbonada insaturada.
[3] Hormona esteroide sexual femenina.

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://www.genomasur.com/BCH/BCH_libro/capitulo_02.htm
              http://www.salud180.com/sustancias/acido-estearico
              http://herbolaria.wikia.com/wiki/%C3%81cido_oleico
              https://www.flickr.com/photos/thame/3302072732
              http://www.eufic.org/article/es/artid/La-importancia-de-los-acidos-grasos-omega-3-y-omega-6/
              http://www.uhu.es/08007/documentos%20de%20texto/apuntes/2005/pdf/tema_03_lipidos.pdf
              http://www.fisicanet.com.ar/biologia/introduccion_biologia/ap11_lipidos.php
              http://brainly.com.br/tarefa/453268
              http://www.calpoly.edu/~jfernsle/Research/Biophysics/BiophysResearch.html

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1.3.2. Vías de administración de fármacos

Después de recopilar toda la información hallada acerca del compuesto líder, los investigadores deben aplicarla ahora a la fabricación de un producto farmacológico. Con este término no sólo se hace referencia al complejo inicial, sino también al resto de sustancias químicas que favorecen su disolución en el tracto gastrointestinal (TGI), facilitan el proceso de fabricación o lo protegen de su degradación.

A todos ellos, hay que añadir una amplia variedad de productos:
La celulosa, por ejemplo, a menudo se incluye en los comprimidos para favorecer la disgregación del fármaco en los fluidos digestivos. El talco se agrega en bajas concentraciones durante el proceso de fabricación para encapsular sustancias líquidas y semilíquidas y la lactosa (azúcar de la leche) se añade habitualmente para darle volumen al comprimido, adquiriendo un tamaño adecuado para ser ingerido.
Algunos comprimidos contienen también polímeros funcionales, entre cuyas funciones se encuentran servir de recubrimiento para protegerlos de la fuerte acidez de la cavidad estomacal, siendo posteriormente disueltos en el intestino delgado dejando libre el contenido del medicamento para su absorción en los fluidos intestinales.

Aunque un fármaco puede ser suministrado de muy distintas maneras, me centraré en aquellos que se administran de manera oral para plantear las siguientes preguntas:
el fármaco, ¿será disuelto y absorbido?, dependiendo de cuánto sea absorbido, ¿cuál debería ser la dosis?, ¿es rápidamente metabolizado por el hígado tras su absorción?, ¿va a ser degradado por el ambiente ácido del estómago?
En cuanto a la última pregunta, muchos medicamentos pueden ser degradados a bajos niveles de pH.

Un ejemplo de este tipo es el omeprazol que sin un polímero funcional no sería un fármaco efectivo. La función de este polímero es proteger los gránulos de omeprazol de su contacto directo con el fluido gastrointestinal hasta que el pH se vuelva menos ácido y la droga ya no esté en peligro de degradación. Por esta razón, es importante recordar que no deben romperse los comprimidos, salvo indicación del farmacéutico, o la capa de este polímero protector se vería dañada y el medicamento no sería eficaz.

Sin duda, la manera más usual de administrar fármacos es la vía oral, al ser las tabletas, pastillas, cápsulas y comprimidos fáciles de suministrar, de producir en masa, contar con buena estabilidad y ser fácilmente absorbidos por el sistema digestivo.
Pero existen otros sistemas que en ocasiones se presentan como mejor alternativas a los medicamentos orales. Así, la vía intravenosa se lleva a cabo cuando se requiere una dosis alta o correctamente controlada, es el caso de agentes altamente tóxicos (quimioterapia). Este sistema tiene, por el contrario, como principal inconveniente el tratarse de una técnica invasiva y requerir de personal sanitario y material estéril para su administración.
La vía tópica es otro modo de administración con el que todo el mundo está absolutamente familiarizado. Es de uso muy habitual las cremas y pomadas para calmar irritaciones o picaduras de insectos, pero otro tipo de productos que usan esta vía son los parches transdérmicos y los geles que pueden permear la piel, llegando así el fármaco al torrente sanguíneo.
Un cuarto tipo son los medicamentos inhalados que, al igual que los anteriores, actúan de manera local, ayudando a tratar enfermedades como el asma, alergias o enfermedades crónicas pulmonares.
Aprovechando el hecho de que los pulmones cuentan con un número muy elevado de vasos y capilares, muchos fármacos son inhalados con el propósito de ser captados rápidamente por el flujo sanguíneo. Como ejemplo se puede citar la loxapina, antipsicótico usado para el tratamiento de la esquizofrenia, que al ser inhalado se observan sus efectos en tan sólo diez minutos.

Por tanto, debe tenerse en cuenta que la elección de un sistema de administración u otro tiene una influencia muy importante sobre el paciente, ya que dependiendo de ello se puede facilitar la toma del fármaco o incluso evitar ciertos efectos secundarios.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              http://generalidadesdelafarmacia.blogspot.com.es/2010/11/vias-de-administracion-de-medicamentos.html
              http://www.xatakaciencia.com/medicina/farmacologia-vias-de-administracion-de-los-farmacos-y-sus-pros-contras
              http://www.riesgoquimico.es/2009/03/30/omeprazol/

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1.3.1. Fase preclínica

Hemos visto en las entradas anteriores el especializado y largo proceso que conduce al descubrimiento y selección entre miles de candidatos del que será el futuro fármaco que se pondrá en el mercado.

A continuación, explicaré la denominada fase preclínica, situada entre la fase de investigación y los ensayos clínicos. Esta fase se va a dividir en dos partes: una centrada en determinar la seguridad del compuesto líder resultante de las todas las etapas anteriores y una segunda consistente en incorporar el compuesto en un sistema de liberación de fármacos. Existen muchos sistemas de liberación de fármacos, todos ellos con pautas específicas para su desarrollo, producción, almacenaje y uso. Entre los más comunes y popularmente conocidos se encuentran los medicamentos orales (pastillas, cápsulas, tabletas...).

Retomando el punto donde lo dejamos en la entrada anterior, vamos a partir de un compuesto líder optimizado, el cual: es capaz de unirse a una de las dianas terapéuticas que juegan un papel primordial en una enfermedad concreta, es farmacológicamente activo y aparentemente no tóxico.
De ahora en adelante, el formulador farmacéutico será quien determine cuál es la mejor manera de administrar ese compuesto en su área de acción dentro del organismo.
La manera más adecuada de comenzar este proceso es centrarse en obtener un mayor entendimiento del complejo farmacológico, teniendo en cuenta el tipo de método de administración que probablemente se empleará para el fármaco. Para hacerlo deben plantearse una serie de preguntas en torno a sus propiedades físicas y químicas: ¿es soluble en agua, liposoluble o una combinación de ambos?, ¿puede llegar a cristalizarse?, ¿pueden estos cristales reducirse a partículas más pequeñas?, ¿se trata de un fármaco químicamente estable?, en caso de serlo ¿durante cuánto tiempo?, ¿de qué manera se degrada, lo hace en un ambiente ácido?. Todas estas preguntas han de ser respondidas antes de incorporarlo a una forma real de administración.

Una de las propiedades más importantes que deben conocerse acerca de un fármaco es su solubilidad en agua. Cuando se administra un medicamento la mayoría de ellos entran en contacto con algún fluido biológico compuesto de agua, puesto que el cuerpo humano en su mayor parte se compone de ella.
La solubilidad es una característica muy importante para la inmensa mayoría de los medicamentos, pero especialmente para aquellos que van a ser absorbidos en el tracto gastrointestinal (TGI). Así por ejemplo, una aspirina no podría ser absorbida por el intestino aunque se descompusiese en fragmentos más pequeños si no se llegase a disolver en los fluidos intestinales.

En el caso de que el compuesto posea nula o baja solubilidad en agua, el formulador farmacéutico planteará distintas estrategias para incrementarla. En lugar de ello, como segunda alternativa puede darse un paso atrás en este proceso y retornarse al laboratorio químico donde se sintetizará una forma salina del mismo.
Pero la solubilidad del compuesto no sólo debe ser examinada en un medio acuoso, sino también en distintos medios ácidos, debido a que los fluidos gastrointestinales cuentan con diferentes grados de acidez.
Además del agua debe evaluarse la acción de otros solventes empleados en la formulación final del complejo farmacológico como el glicerol, el etanol o el propilenglicol. Así como solventes utilizados en el proceso de fabricación como el alcohol isopropílico, el metanol y el acetonitrilo.

Fuentes: UTAustinX: UT.4.01x Take Your Medicine - The Impact of Drug Development.
              http://indacea.org/desarrollo-de-medicamentos-1/
              Valentia Biopharma S.L.
              http://www.pharmatechespanol.com.mx/articulo/820.polimeros_avanzados_para_mejora_de_la_solubilidad

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2.1. Microscopio de efecto túnel (STM)

En la entrada titulada "Nanotecnología. Introducción " comenté que el desarrollo del microscopio de efecto túnel desempeñó un papel primordial en el avance de la nanotecnología, conozcamos un poco más de él, en qué consiste y cómo funciona.
El microscopio de efecto túnel (STM en inglés) fue desarrollado en 1981 por Gerd Binning y Heinrich Rohrer en los laboratorios de IBM en la ciudad suiza de Zurich, por el que fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986.

Tanto el STM como el AFM (microscopio de fuerza atómica) quedan englobados dentro de los denominados microscopios de sonda de barrido, pero el primero de ellos es mucho más potente permitiendo posicionar y observar átomos individuales con una resolución más alta que el segundo.

El STM se emplea para obtener imágenes de superficies conductoras a una escala atómica aproximada de tan sólo 2 Å (2*10^-10 m). También, puede modificar la muestra analizada al manipular átomos individuales, desencadenar reacciones químicas y originar iones al reemplazar electrones de unos átomos a otros.

El microscopio de efecto túnel es un microscopio no óptico (no emplea la luz para trasladarnos al mundo de las nano-dimensiones) cuyo funcionamiento se basa en los principios de la mecánica cuántica. Se fundamenta en la utilización de una sonda sumamente precisa que se sitúa tan sólo a la distancia del diámetro de un átomo sobre la muestra sometida a estudio, aplicándose un voltaje entre ambas. Dependiendo de las características de ese voltaje los electrones pueden saltar mediante efecto túnel^[1] de un lado a otro dando como resultado una corriente eléctrica muy débil, conocida como corriente de “tunelización” de apenas unos pocos picoamperios      (1 pA = 10^-12 A).

La aguja de esta sonda es extremadamente puntiaguda, estando su punta constituida por un sólo átomo. Realiza un barrido de la superficie a una velocidad muy pausada, elevándose y descendiendo (mediante un mecanismo piezoeléctrico^[2] de control altura) con el fin de mantener una señal constante y conservar la distancia, lo que le permite inspeccionar hasta el más mínimo detalle de la superficie escaneada.
El registro del movimiento vertical de la aguja hace posible examinar la estructura superficial átomo por átomo, generándose mediante un ordenador un mapa de contorno de la misma.

Los materiales aislantes no pueden ser analizados mediante esta técnica, puesto que al no contar con electrones libres es imposible que produzcan la corriente de “tunelización” entre ellos y la punta de la sonda, con lo que no pueden originarse imágenes tridimensionales de la muestra.

Aunque estos instrumentos exhiben un funcionamiento óptimo en el análisis de materiales conductores, también es posible con ellos la observación de moléculas orgánicas como el ADN.

Este tipo de microscopio juega un papel muy importante en física, concretamente en el estudio superficial de semiconductores y en el campo de la microelectrónica. Asimismo resulta particularmente útil en química, en la investigación de reacciones superficiales como la catálisis o en laboratorios químicos que trabajan en la nanoescala, donde el estudio de defectos y la estructura física de compuestos químicos sintéticos es de vital importancia.

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[1] El efecto túnel consiste en aquellas partículas cuánticas (electrones en este caso) que consiguen penetrar y atravesar una zona que, en principio, estaría prohibida al no poseer suficiente energía cinética (energía asociada con la velocidad de un cuerpo) para atravesarla, debido a la existencia de un potencial eléctrico que impediría su paso.
[2] Son materiales que se deforman, expandiéndose o contrayéndose bajo la acción de un campo eléctrico.

Fuentes: http://education.mrsec.wisc.edu/130.htm
              http://www.nobelprize.org/educational/physics/microscopes/scanning/
              http://hoffman.physics.harvard.edu/research/STMintro.php
              http://www.uwec.edu/Matsci/center/instrumentation/

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2.1. Introducción a la nanomedicina

La introducción de la nanotecnología en el ámbito de la salud ha permitido el desarrollo de una nueva disciplina científica conocida como nanomedicina.

Debido al hecho de que ciertas macromoléculas biológicas primordiales en el funcionamiento de los seres vivos, como el ADN o las proteínas, se localicen en el rango de escala del nanómetro va a posibilitar la interacción a nivel celular entre los dispositivos y materiales nanométricos con distintos componentes del cuerpo humano. Este hecho propicia el descubrimiento de nuevas perspectivas de avance en medicina.

Ciertas predicciones que se llegaron a aventurar en las primeras etapas de la nanotecnología continúan siendo ciencia ficción. Es el caso de los “nanobots” que nos defenderían de ataques de microorganismos externos y curarían de manera selectiva ciertas lesiones y tejidos dañados.

Sin embargo, sí se han realizado importantes avances en el desarrollo de nanoestructuras que incorporan distintas funcionalidades que desempeñan funciones “similares” a las que harían los supuestos nanobots.

El continuo incremento de las enfermedades neurodegenerativas, cardiovasculares, la diabetes o el cáncer obliga a investigar métodos terapéuticos y de diagnóstico que sean más sencillos, rápidos y precisos que los que contamos en la actualidad, disminuyendo al mismo tiempo los costes involucrados.
La nanomedicina augura solucionar algunos de estos problemas mediante el diagnóstico de las enfermedades en sus etapas tempranas de desarrollo, el tratamiento individualizado del paciente o la capacidad de regenerar tejidos y órganos dañados.

La nanomedicina se va a centrar en tres grandes ramas: métodos de diagnóstico, sistemas de liberación de fármacos y medicina regenerativa.
Los métodos de nanodiagnóstico que se dividen en sistemas de análisis e imagen permiten detectar la aparición de enfermedades, tanto in vitro como in vivo, de manera precoz y de este modo actuar sobre ella con un tratamiento que cause el menor daño posible al resto del organismo.
En los análisis de muestras extraídas del paciente así como en el diagnóstico por imagen, la nanomedicina contribuye a una detección más específica, rápida y eficaz en una fase cada vez más temprana de la enfermedad (a escala molecular y celular) ofreciendo así mayores posibilidades de curación.
La nanomedicina presenta también importantes novedades en la liberación controlada de fármacos, los cuales se van a dirigir de forma selectiva a aquellas zonas y células afectadas para lograr un tratamiento más efectivo, con una dosis menor y minimizando los efectos secundarios.
Además, estos sistemas protegen al fármaco de ser degradados antes de llegar a su destino permitiéndoles, de esta manera, la administración de medicamentos poco solubles o que no pueden suministrarse por las vías convencionales.
Por último, mediante las terapias génicas y celulares, biomateriales, ingeniería de tejidos y herramientas nanotecnológicas, la nanomedicina regenerativa va a potenciar los mecanismos de reparación de tejidos y órganos que el propio cuerpo humano dispone de modo natural y que en ocasiones no son suficientes para el total restablecimiento del organismo.

Fuentes: Informe de vigilancia tecnológica: nanomedicina. Fundación para el conocimiento madri+d CEIMJosé Manuel González, Marta López, 
              Gema Ruiz.
              Nanomedicina: aplicación de la nanotecnología en la salud. Laura M. Lechuga.Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas
              Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2). CSIC
              Fundación española para la ciencia y la tecnología (FECYT). Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente 
              y la tecnología del futuro, 2009.

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3.2. Carbohidratos

La gran mayoría de la gente se encuentra más que familiarizada con el primer tipo de macromoléculas que vamos a estudiar: los carbohidratos. Y ello se debe a que se trata de uno de los principales protagonistas en muchísimos tipos de dietas, tanto en las de bajo contenido en este macronutriente para aquellos que buscan pérdida de peso, como aquellos que necesitan un gran aporte energético en su vida diaria, como es el caso de los deportistas.

Los carbohidratos desempeñan muchas funciones en las plantas, animales y el ser humano, siendo parte esencial en nuestra alimentación, al proporcionar energía (4,3 Kcal/g) al organismo, principalmente a través de la glucosa.
Entre las fuentes naturales ricas en carbohidratos encontramos las verduras, frutas y cereales.
Su estructura molecular se representa mediante la fórmula (CH₂O)_n, donde n nos indica el número de átomos de carbono en la molécula. Por tanto, en los carbohidratos la proporción C, H, O siempre va a ser de 1:2:1.
Este tipo de macromoléculas se clasifica en tres tipos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.

Monosacáridos

Los monosacáridos son moléculas que pueden adoptar tanto forma de cadena lineal como de anillo, encontrándose estos últimos normalmente en soluciones acuosas.
Se trata de azúcares simples (mono-: uno, sacar-: dulce), siendo la glucosa el más común de todos ellos. La gran mayoría de ellos se denominan con el sufijo “-osa” conteniendo un número de átomos de carbono que varía entre tres y siete. Así, hallamos por ejemplo, la triasa (3 carbonos), la pentosa (5 carbonos) o la hexosa (6 carbonos).
Si cuentan en su estructura con un grupo aldehído^[1] el monosacárido se conocerá como aldosa, en cambio se denominará cetosa si el grupo funcional que posee es una cetona^[1].

La glucosa (C₆H₁₂O₆) es una de las fuentes energéticas primordiales del ser humano de la cual se va a liberar energía durante la respiración celular, empleándose dicha energía para la fabricación de ATP (trifosfato de adenosina)^[2]. Las plantas van a sintetizar la glucosa utilizando CO₂ y agua, almacenando sus excedentes en forma de almidón, que será catabolizado (descompuesto por las células) al ser consumido por los seres humanos y animales herbívoros.

Entre otros monosacáridos también destacan la galactosa (que forma parte de la lactosa o azúcar de la leche) y la fructosa (forma de azúcar presente en las frutas y la miel). Tanto la glucosa, la galactosa y la fructosa son hexosas y ejemplos de monosacáridos isoméricos al poseer la misma fórmula química (C₆H₁₂O₆) pero diferenciarse estructural y químicamente debido a las distintas disposiciones de sus grupos funcionales en torno a los carbonos asimétricos^[3].
La glucosa y la galactosa pertenecen al grupo que veíamos anteriormente denominado aldosas y la fructosa a las cetosas.

Disacáridos

Los disacáridos (di-: dos) se van a constituir cuando dos monosacáridos se someten a una reacción de síntesis por deshidratación. Durante este proceso el hidrógeno de uno de los monosacáridos se combina con el grupo hidroxilo de otro monosacárido, formando un enlace covalente entre ambos y liberando una molécula de agua. Este enlace covalente se denomina enlace glucosídico, los cuales se dividen en dos tipos: α y β, dependiendo de si el grupo hidroxilo (OH) se posiciona por encima o por debajo del carbono quiral.

Entre los disacáridos más habituales se hallan la lactosa, la cual es el resultado de la unión de los monómeros galactosa y glucosa, encontrándose presente de forma natural en la leche. La maltosa, o azúcar de malta, formada a partir de la reacción de deshidratación de dos moléculas de glucosa es otro ejemplo de disacáridos. Pero sin duda, el más común de todos ellos es la sacarosa, o azúcar de mesa, compuesta de monómeros de fructosa y glucosa.

Polisacáridos

Los polisacáridos (poli-: muchos) son largas cadenas de monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Estas cadenas pueden ser ramificadas o sin ramificar conteniendo diferentes tipos de monosacáridos. Entre los principales polisacáridos destacan el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina.

Almidón

Las plantas son capaces de sintetizar la glucosa, como comenté anteriormente, a partir de agua y CO₂. Cuando su producción sobrepasa las necesidades energéticas de la planta, los excedentes se van a almacenar en forma de almidón en distintas partes de la misma, incluyendo la raíz y las semillas, a las que les proporcionará alimento durante la germinación de las mismas.
El almidón al ser consumido en la dieta por animales y seres humanos es descompuesto previamente por enzimas, como las amilasas salivares, en moléculas de menor tamaño como la glucosa antes de ser absorbida por las células y satisfacer así las necesidades energéticas de éstas.

Glucógeno

El glucógeno, compuesto de monómeros de glucosa, es la forma de almacenamiento de ésta última en los humanos y otros vertebrados. Se le considera el equivalente animal al almidón de las plantas, acumulándose en las células musculares y el hígado.
Cuando los niveles de glucosa en sangre disminuyen se recurre a estos depósitos descomponiendo el glucógeno para liberar la glucosa que lo constituye en un proceso denominado glucogenólisis.

Celulosa

La celulosa, constituida también por monómeros de glucosa, es el biopolímero más abundante. Se trata del principal componente de las paredes celulares de las plantas confiriéndolas soporte estructural.
En este tipo de moléculas sus monómeros constituyentes se hallan fuertemente empaquetados dando a la celulosa su típica estructura fibrosa confiriendo a las plantas dos características muy importantes para ellas: rigidez y elevada resistencia a la tracción.
A diferencia del ser humano, los animales herbívoros cuentan en su sistema digestivo con bacterias y protistas^[4] que segregan la enzima celulasa, ayundádoles a digerir la celulosa presente en los pastos que consumen, descomponerla en monómeros de glucosa y como consecuencia poder aprovecharla como fuente de energía.

Quitina

El cuarto polisacárido a destacar es la quitina. Es un polisacárido con alto contenido en nitrógeno constituida por unidades repetidas de N-acetil-β-glucosamina, un tipo de azúcar modificada.
La quitina es un componente principal de las paredes celulares de los hongos y del exoesqueleto (esqueleto externo) de los artrópodos que protege sus órganos internos.

BENEFICIOS DE LOS CARBOHIDRATOS

Los carbohidratos se componen de elementos tanto solubles como insolubles. Entre los segundos encontramos la fibra, que es principalmente celulosa. La celulosa ayuda a regular el tránsito intestinal y regula la tasa de consumo de glucosa en sangre. Además favorece la eliminación del exceso de colesterol en sangre uniéndose a él en el intestino delgado, y evitando, de esta manera, que forme parte del torrente sanguíneo, excretándose por medio de las heces. Asimismo, las dietas ricas en fibra desempeñan una misión protectora contra la aparición del cáncer de colon.

La glucosa proporcionada por los carbohidratos que consumimos, una vez ha sido descompuesta durante la respiración celular, va a producir moléculas de ATP, que se caracteriza por su rápida aportación de energía al organismo. Como consecuencia, sin el consumo de carbohidratos la disponibilidad de energía instantánea se vería profundamente reducida.

Debido a todas estas razones, eliminar la ingestión de carbohidratos, como algunas dietas hipocalóricas propugnan, con el fin de producir una rápida pérdida de peso se convertiría en un gran error. Para tal objetivo, sería una solución mucho más sensata y saludable el consumo de los carbohidratos adecuados a través de verduras, frutas y cereales en combinación con un contenido equilibrado de proteínas, vitaminas y grasas y la realización de ejercicio adaptado a nuestro estado físico, edad y sexo.

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[1] Ambos son compuestos orgánicos caracterizados por contener el grupo funcional carbonilo (C=O), con la diferencia que en los aldehídos este grupo se encuentra unido, al menos, a un átomo de hidrógeno, mientras que, en las cetonas el grupo carbonilo se une a dos átomos de carbono.
[2] Molécula utilizada por todos los organismos vivos para proporcionar energía en las reacciones químicas. Es considerada la moneda energética del metabolismo.
[3] El carbono quiral o asimétrico es aquel que está enlazado con cuatro elementos diferentes.
[4] Organismos normalmente unicelulares de tipo eucarionte (su núcleo celular se encuentra delimitado dentro de una membrana) que por sus características no pueden incluirse en el resto de los reinos de esta clase (animales, plantas y hongos).

Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
              http://medmol.es/glosario/121012glosariomedmol_atp/
              https://kel-tay-lii.wikispaces.com/A.+Intro+to+Phys
              http://chemistry.tutorvista.com/organic-chemistry/oligosaccharides.html
              http://www.entrenasalud.es/glucogeno-y-deporte-un-gran-deposito-de-energia/
              http://www.asturnatura.com/articulos/envoltura-celular/pared-celular.php

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