Hidratos de carbono
Los hidratos de carbono pueden suponer la mitad de las calorías totales en las comunidades civilizadas, pero mucha gente está sana sin virtualmente ingerirlos, por lo que no son esenciales gracias a la formación de glucosa a partir de las grasas y las proteínas. Son los productos inmediatos en las plantas de la síntesis del agua y el dióxido de carbono en la fotosíntesis, y son importantes en los animales como una fuente fácil de energía. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, y su unidad sacárida esencial, CH2O, se utiliza como una base para formar compuestos de complejidad creciente.
Los monosacáridos incluyen la glucosa, el azúcar de las frutas -también formado en el cuerpo por la digestión de caña de azúcar y fécula- y la fructosa.
Los disacáridos incluyen la caña de azúcar, la maltosa del grano fermentado y la cebada, y la lactosa de la leche.
Los polisacáridos son sustancias complejas de un elevado peso molecular. Incluyen las féculas, encontradas en forma de grano dentro de las células de las plantas y transformadas por la digestión en glucosa. El glucógeno, o fécula animal, es muy importante. Se almacena en forma de gránulos en todos los tejidos y, en particular, en el hígado y los músculos. El glucógeno del hígado constituye la mayor reserva energética del cuerpo, movilizada cuando se requiere por conversión en glucosa. También existe la celulosa de las plantas, no digerible por el hombre.
Proteínas
Las proteínas son los constituyentes más importantes de los tejidos y líquidos orgánicos. Se concentran en gran cantidad en la carne magra, el queso y las legumbres vegetales, y son uniones extremadamente complejas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y normalmente también de sulfuro. Son coloides, solubles en el agua, y coagulan con el calor. La unidad esencial de la molécula proteica es el aminoácido, y aunque existen una gran variedad de proteínas, su única diferencia química reside en los aminoácidos particulares contenidos en la molécula, sus propiedades y el orden de sus uniones peptídicas. Este hecho es importante porque los aminoácidos esenciales más importantes sólo se encuentran en las “proteínas de primera clase”, como la carne.
Las proteínas son diferentes en cada especie animal. La reacción que provoca una proteína extraña en los tejidos vivos del hombre causa los fenómenos de inmunización y alergia. La proteína es, de hecho, la unidad química básica del protoplasma, y los diferentes tejidos poseen proteínas características: la hemoglobina roja de la sangre, la mucoproteína viscosa del moco, la caseína de la leche, la albúmina del huevo, las proteínas musculares y las nucleoproteínas complejas unidas con fósforo en los núcleos celulares. Las proteínas pueden funcionar como ácidos y álcalis diluidos y mantener así una neutralidad tampón en los líquidos tisulares.
Las proteínas no se descomponen de forma completa en los tejidos, y la mayoría de su contenido en nitrógeno se pierde en la orina como urea, ácido úrico, etc. Sólo el 70% de la energía teóricamente disponible en una proteína se utiliza normalmente por los tejidos, a diferencia de la descomposición total de las grasas y los hidratos de carbono, cuya energía podemos obtener de manera exacta por combustión en un laboratorio. El equilibrio del nitrógeno se combina entre su ingestión y su pérdida diarias en la orina. Este equilibrio es negativo en los casos de inanición y de enfermedades consuntivas, así como después de lesiones u operaciones importantes. El equilibrio es positivo -es decir, existe retención de nitrógeno- en los niños en crecimiento y en pacientes convalecientes con una dieta adecuada.
Dentro de unos límites, las grasas y los hidratos de carbono son intercambiables como fuentes de energía, pero la dieta debe contener proteínas para suministrar nitrógeno y ciertos aminoácidos esenciales que el cuerpo no puede sintetizar. En los países occidentales, aproximadamente el 10% de la ingestión energética procede de las proteínas, el 40% de las grasas y el 50% restante de los hidratos de carbono.
ENZIMAS
Los cambios complejos de la descomposición química y la resíntesis se realizan en el cuerpo de manera mucho más rápida que en el laboratorio. Las féculas se convierten de forma completa en maltosa por la acción de la saliva en un minuto, mientras que un químico lo logra tras hervirlas varias horas.
Esta facilitación de cambios químicos se consigue gracias a las enzimas. Estamos familiarizados en la química orgánica con los catalizadores que sólo necesitan unos minutos para acelerar reacciones en las que no se consumen a sí mismos. Las enzimas son los catalizadores de las reacciones orgánicas del cuerpo. Son materiales coloidales complejos que requieren un grado definido de acidez o alcalinidad para una óptima actuación, como, por ejemplo, la pepsina del ácido de los jugos gástricos o la tripsina de las secreciones alcalinas pancreáticas. Facilitan los procesos de descomposición, síntesis y óxidación, pero especialmente el proceso de hidrólisis, cuando el agua se añade a una molécula de una sustancia, a menudo como un preliminar a su desintegración.
Las enzimas son específicas, actuando cada una sólo sobre un material particular, conocido como su sustrato, por ejemplo, la amilasa de la saliva actúa sólo sobre las féculas, y los jugos gástricos contienen diferentes enzimas diseñadas para actuar sobre los constituyentes variados de la comida (lipasas para las grasas, proteasas para las proteínas, carbohidrasas para los azúcares y las féculas). Estos no actúan sobre ninguna otra sustancia. Muchas reacciones enzimáticas son reversibles y pueden englobarse dentro de dos grupos principales: los procesos de digestión, que se producen en los intestinos a partir de la efusión de los jugos digestivos, y las reacciones más profundas, como la oxidación, que se producen en las células individuales.
Buena parte de las reacciones metabólicas ocurren sólo en presencia de una enzima apropiada, y el promedio de reacción no sólo se relaciona con la concentración del sustrato y de la enzima, o del pH y la temperatura locales, sino también con la presencia de ciertas coenzimas y activadores, que pueden ser iones metálicos, como el cinc o el magnesio, o moléculas orgánicas. Como las proteínas, las enzimas pueden ser desnaturalizadas por causa del calor, de una acidez o alcalinidad excesivas y por ciertos iones metálicos. Muchas se han obtenido en estado puro o cristalino. Se clasifican, según sus efectos, de la siguiente forma:
1.Oxidorreductasas en la oxidación/ reducción.
2.Transferasas en la transferencia de grupos químicos de una molécula a otra.
3.Hidroxilasas en la hidrólisis de los compuestos en moléculas más simples.
4.Liasas en la desintegración.
5.Ligasas en la unión.
6.Isomerasas en el reordenamiento de las moléculas para formar un isómero.
METABOLISMO
Fisiológicamente, la vida de un ser humano puede contemplarse como una producción continua de energía por oxidación (quemado) de la comida y el gasto de esta energía en (a) el mantenimiento de la temperatura corporal por encima de su ambiente y (b) el movimiento.
El equilibrio entre la captación y la salida de energía es exacto: la comida quemada en el cuerpo libera la misma energía que cuando es oxidada en el laboratorio. Sin embargo, la adaptación humana es complicada porque la comida no se quema tal cual, sino sólo después de que ha sido digerida y asimilada en los tejidos vivos. Sólo unas pocas sustancias, como el alcohol, se queman directamente sin transformarse primero en parte del protoplasma vivo.
Así, existe un ciclo recurrente de actividades, conocido como metabolismo. Una parte del metabolismo consiste en el proceso de construcción o reparación, de asimilación de la comida en los tejidos (anabolismo); otra parte consiste en la descomposición de estos tejidos con la liberación de energía y excreción de los desechos (catabolismo). Ambos procesos se producen durante todo el tiempo, aunque varían sus proporciones relativas. El anabolismo predomina durante el crecimiento; el catabolismo