REACCIONES DE CARBOHIDRATOS (METABOLISMO) Ambar Estefania Andrade Celis, 2019 Resumen: Los azucares reductores y carbohidratos que contienen un grupo hemiacetal o hemicetal dan resultados positivos con las soluciones de Tollens, Benedict ó Fehling, tales azúcares generan una alteración de las proteínas mediante la reacción conocida como reacción de Maillard ó glucosilación no enzimática, se ha demostrado en varios estudios que las etapas iniciales y las finales de la glucosilación están inmersas en ciertos procesos de envejecimiento celular y en ciertas complicaciones crónicas de la diabetes. La experimentación realizada arrojo que en el reactivo Fheling II l( compuesto por Sal de Seignette , 173 g; solución de hidróxido de sodio al 40 %, 3 g; agua, hasta 500 m ) la lactosa, fructuosa, manosa, así como el Canderel ,el refresco natural y el jugo de manzana son azucares reductores, tales resultados también fueron obtenidos mediante la utilización del reactivo Benedict (compuesto por, sulfato cúprico, citrato de sodio y Carbonato anhidro de sodio) Palabras clave: Azucares reductores, reactivo Fheling, reactivo Benedict, organismo, Reacción de Maillard, lactosa, fructuosa, manosa, sacarosa, Canderel, azúcar de mesa, refresco natural, refresco de dieta y jugo de manzana. INTRODUCCIÓN Los métodos reductométricos determinan la totalidad de los azúcares reductores presentes en una muestra. Estos métodos se basan en la capacidad reductora de los distintos azúcares sobre disoluciones salinas de metales pesados (sobre todo cobre). (Segovia, F. y colaboradores, 2011) Un azúcar reductor es un carbohidrato que contiene un grupo carbonilo (C=O) en su estructura, dado grupo carbonilo está formado por un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno a través de un enlace doble. (Briceño, K. 2016) Cabe destacar que este grupo se puede encontrar en distintas posiciones en las moléculas de azúcares, generando otros grupos funcionales tales como aldehídos y cetonas. Existen varios reactivos y pruebas para la identificación de azucares reductores, cada una con componentes específicos que reaccionan con los compuestos a prueba, generalmente al ser sometidos a una temperatura elevada (calentarlos), durante la práctica se emplearon dos reactivos, el reactivo Fehling y el reactivo Benedict. reactivo de Fheling consiste en su composición de dos soluciones acuosas: Reactivo Fehling: Fue elaborada por Farmacéutico y químico Alemán Hermann von Fehling (Lübeck, 1811 – Sttutgart, 1885) sus trabajos y aportaciones se dirigieron especialmente a la química técnica, trabajando sobre aguas minerales, materias salinas, panificación y productos curtientes. Del mismo modo realizó estudios sobre todo los derivados del ácido succínico, descubriendo el éster succinosuccínico. Redactó numerosos trabajos compilados en su obra “Lehrbuch der organische Chemie”, tradujo la obra de Payen “Precís de chimie industrielle” y corrigió la nueva edición del “Handwöerterbuches für Chemie”. Publicó su obra cumbre, “Determinación cuantitativa de azúcar en la orina” (1848), basada en el uso del reactivo de su nombre. (Jaime, P. 2010) El reactivo de Fehling, también conocido como Licor de Fehling, es una disolución descubierta por el químico alemán Hermann von Fehling y que se utiliza como reactivo para la identificación de azúcares reductores. Demuestra la presencia de glucosa y de derivados de ésta como la sacarosa o la fructosa. El Sulfato de cobre cristalizado, 35 g y agua destilada hasta 1.000 mL. Sal de Seignette o Tartrato mixto de potasio y sodio 150 g, solución de hidróxido de sodio al 40 %, 3 g y agua hasta 1.000 mL. Es de ahí donde se conoce que existen reactivo Fehling A y B, ambos se guardan por separado dado que según la bibliografía evita la precipitación del hidróxido de cobre. El trabajo de Fehling se basa en que, en la capacidad reductora del grupo carbonilo de los aldehídos. Éste se oxida a ácido y reduce la sal de cobre en medio alcalino a óxido de cobre, formando así un precipitado de color rojo. Reactivo Benedict: Stanley Rossiter Benedict nació el 17 de marzo de 1884 en Cincinnati, Ohio y falleció el 21 de diciembre de 1936. Bajo la dirección de Mendel, Benedict estudió los caminos de excreción de varios elementos inorgánicos, describió un nuevo procedimiento para la separación de bario, estroncio y calcio, al igual que un nuevo método para distinguir entre la glucosa y la lactosa.. El reactivo de Benedict, o una de las muchas variantes que han evolucionado a lo largo de los años, se usó como el reactivo de elección para medir el contenido de azúcar durante más de 50 años. Fue la prueba más común para la diabetes y fue el procedimiento estándar para prácticamente todos los laboratorios clínicos. (Caccamise, W. 2012) El reactivo de Benedict contiene: carbonato de sodio, sulfato de cobre citrato de sodio. El Na2CO3 confiere a la solución un pH alcalino necesario para que la reacción pueda llevarse a cabo. El citrato de sodio mantiene al ion Cu+2 en solución, ya que tiene la propiedad de formar complejos coloreados poco ionizados con algunos de los metales pesados. (Domínguez, E. 2015) Para la realización de la práctica se utilizaron diferentes soluciones tales como, monosacáridos, disacáridos y bebidas ya procesadas como el refresco natural, el de dieta, el sustituto de azúcar llamado Canderel y el Azúcar de mesa, es por ello que cabe rescatar la siguiente información Monosacáridos: Los monosacáridos simples se pueden representar con la fórmula estequiométrica (CH2O) y pueden tener función aldehído: cuando el grupo funcional carbonilo se encuentra en el carbón primario de la molécula, o función cetona : cuando el grupo funcional se encuentra en un carbón secundario. Según la longitud de la cadena carbonada se distinguen entre aldo o cetotriosas, tetrosas, pentosas etc. La molécula más pequeña que generalmente se considera un monosacárido son las triosas (con n = 3) (Ramírez, M. 2005) Fructuosa: La fructosa también se conoce como azúcar de frutas o levulosa, se encuentra en forma abundante en las frutas pero también la encontramos en verduras, en la miel y en otras plantas. Disacáridos: Son carbohidratos compuestos por 2 unidades de monosacáridos unidos por un enlace glucosídico. Maltosa También llamada azúcar de malta. La maltosa no se presenta como tal de manera abundante en la naturaleza. Se forma por la hidrólisis parcial del almidón. La maltosa se produce a partir de 2 unidades de glucosa unidas por el enlace glucosídico 1,4. Lactosa: Se conoce como azúcar de leche por que se encuentra en la leche de los mamíferos. La lactosa está formada por una molécula de glucosa y una molécula de galactosa unidas por un enlace glucosídico -1,4, (C-1 galactosa y C-4 glucosa) Sacarosa: Se conoce como azúcar de caña, azúcar de remolacha o simplemente azúcar. Y es la combinación de una molécula de -D-glucosa y 1 molécula de -D-fructosa unidas por el enlace glucosídico -1,2. ó ,2glucosídico. (Guzmán ,L. 2016) Los componentes de los alimentos son Canderel clásico: Compuesto de Aspartamo, Acesulfamo-K, lactosa, CMC entrelazada, leucina y aroma. Contiene una fuente de fenilalanina Azúcar de mesa: Disacárido, formado por la unión de dos azúcares sencillos: una molécula de glucosa y otra de fructosa. Refresco Natural: El agua es el mayor ingrediente y representa el 90% o más de las bebidas gaseosas, contiene alrededor de 33 gramos de azúcar, contienen edulcorantes artificiales de bajas calorías, entre ellos se destaca el aspartamo, acesulfamo-k y la sacarina, la mayoría de las bebidas gaseosas contienen ácidos como el cítrico, fosfórico, málico y tartárico, tiene presente también cafeína que es una sustancia adictiva que mejora el sabor de la gaseosa, a su vez tiene dióxido de carbono que es el responsable de las burbujas de la gaseosa, también Saborizantes presentes en todas las bebidas gaseosas y sodio, el contenido de sodio está en el rango de 20 mg-100 mg por cada 240 ml Refresco de dieta: Utiliza edulcorantes como el aspartame y el acesulfame K, Jugo de Manzana Jumex: Contiene 45 gramos de Azúcar por botella de 413 mililitros, 25 miligramos de sodio, jugo de manzana de concentrado (50%), agua, azúcares y “concentrado Del Valle sabor manzana”. A continuación se presenta de manera sistematizada el desglose de la práctica donde se analiza el resultados obtenido y la composición de los azucares reductores y no reductores PLANETAMIENTO DEL PROBLEMA Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN Determinación de azucares reductores en distintos compuestos y alimentos ya procesados y su efecto en el organismo, así como las diferencias entre los reactivos empleados y su efectividad en los diferentes compuestos. ¿Cuáles alimentos son azucares reductores? Desde el punto de vista nutricional ¿Qué efecto tienen los azucares reductores? ¿Cuáles monosacáridos y disacáridos tienen presencia de azucares reductores? JUSTIFIACIÓN Los mecanismos celulares y bioquímicos que llevan a las complicaciones a largo plazo de la diabetes mellitus no están completamente explicados, sin embargo ciertos estudios clínicos morfológicos y bioquímicos han proporcionado evidencias para considerar que la hiperglucemia es el factor determinante en el desarrollo de las complicaciones crónicas de la diabetes. (Méndez, J. 2002) Desde el año de 1984 se propusieron dos mecanismos que explican como la hiperglucemia genera daño tisular irreversible, la primera explica que por el mayor flujo a través de diferentes rutas metabólicas, la hiperglucemia celular puede dar como resultado niveles alterados y productos de síntesis que afectan de manera negativa la función celular. La otra consecuencia de la hiperglucemía es la unión excesiva de glucosa a las proteínas es decir la afamada reacción de Maillard también llamada Oscurecimiento no enzimático esta es el resultado de reacciones originadas por las condensaciones entre compuestos carbonilos y derivados de aminas; o por la degradación de compuestos con enlaces dobles conjugados a grupos carbonilo. (Nursten, H. 2005). Es decir Un compuesto carbonílico (azúcar reductor) y una amina (aminoácido, péptido o proteína) cualquier azúcar que tenga un grupo carbonilo libre en su estructura puede reaccionar con los grupos amino primarios de las proteínas y así llegar a formar bases de Schiff. Esta base de Schiff se transforma en un compuesto más estable, una cetoamina o fructosamina conocida como producto Amadori, después de subsecuentes rearreglos moleculares se forma un grupo heterogéneo de productos fluorescentes y café oscuro llamados productos finales de glicación avanzada, que ocurre meses después. (Pérez, E. 2006) Desde el punto de vista médico y tras varias investigaciones se ha implicado a la glicación en varias patologías, específicamente en diabetes Mellitus y enfermedades neurodegenerativas amiloídes como la enfermedad de Alzheimer. Es aquí donde recae la importancia del conocimiento y la presencia de azucares reductores en diferentes alimentos desde el valor nutricional, todo esto para evitar agudizar patologías ya existentes o desencadenar otras, la prevención es el factor de la salud más importante y es donde entra la función del nutriólogo que previene con alimentación. OBJETIVOS GENERAL Identificar las características bioquímicas y químicas de los azucares y su participación oxido reducción en algunos alimentos y como pueden afectar el metabolismo. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar la presencia de azucares reductores en monosacáridos, disacáridos y productos comerciales mediante el uso del reactivo Fehling y Benedict. Relacionar los azucares reductores en el organismo con patologías como la diabetes mediante la reacción de Maillard. HIPOTESIS El azúcar de mesa indica presencia de azucares reductores a diferencia del Canderel que es utilizado muchas veces en dietas libres de glucosa, por ejemplo para pacientes diabéticos. MÉTODO Preparación de muestras Preparación de solución al 5% (p/v) (10 mL) de Lactosa, manosa, sacarosa y fructuosa. Preparación de solución de Canderel al 1% (p/v) (25 mL) y preparación de solución de azúcar de mesa al 5% (p/v) (25 mL) Procedimiento Experimental Prueba de Fehling A y B y Reactivo Benedict. Numera una serie de nueve tubos por triplicado, cada 9 tubos serán para cada reactivo. Adiciona a cada tubo las cantidades indicadas en la siguientes tabla para cada reactivo (Fehling A y B, Reactivo Benedict) Posteriormente calienta los tubos (27) en baño María, a ebullición durante 5 minutos y dejar a enfriar a temperatura ambiente. En el reactivo Fehling, la formación de un precipitado rojo y la decoloración de la solución indica prueba positiva para azúcar reductor. Por su parte en el reactivo Benedict, la presencia de un precipitado cuya coloración varía desde amarillo hasta rojo y con decoloración de la solución indica prueba positiva. RESULTADOS Reactivo Fehling A AZUCAR REACCIÓN COLOR OBSERVACIONES Lactosa No reductor Azul Transparente No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química Presento olor a caramelo Fructuosa No reductor Azul transparente Manosa No reductor Azul transparente Sacarosa No reductor Azul transparente Canderel No reductor Azul transparente Azúcar de Mesa No reductor R.F Dieta No reductor Azul el combinación con el color un poco más denso del azúcar y el agua Transparente R.F Natural No reductor Transparente Jugo de Manzana No reductor Color normal del jugo de manzana, color café No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química No hubo precipitaciones, o cambios en su estructura física y química Reactivo Fehling B AZUCAR REACCIÓN COLOR OBSERVACIONES Lactosa Es reductor Presentó cambio de coloración a café Fructuosa Es reductor Presento cambio de coloración a color naranja Manosa Es reductor Cambio coloración oscuro Presenta un cambio significativo que indica presencia de agentes reductores Presentó un cambio significativo que indica la presencia de azucares reductores El color que presento es muy oscuro a diferencia de los demás a de café Sacarosa No es reductor Mantuvo su color inicial (transparente azulado) Canderel Es reductor Presento cambio de decoloración a rojo Azúcar de Mesa No es reductor Mantuvo inicial R.F Dieta No es reductor R.F Natural Es reductor Jugo de Manzana Es reductor Mantuvo su color transparente azulado Cambio su color a amarillo Presento cambio de color a café oscuro No presento cambios ni precipitaciones No presento cambios ni precipitaciones A pesar de ser originalmente de color café, el tono al ser adicionado con el reactivo y el calor, el color café de oscureció su color No presento precipitaciones, ni decoloraciones al sometimiento de calor El cambio de color fue bastante brusco y el tono rojo que presenta es intenso Solo presento un cierto olor a caramelo Reactivo de Benedict AZUCAR REACCIÓN COLOR OBSERVACIONES Lactosa Si es reductor Precipitación y cambio de color Fructuosa Si es reductor Manosa Si es reductor Sacarosa No es reductor Canderel Si es reductor Azúcar de Mesa No es reductor R.F Dieta No es reductor Presento un cambio de coloración a naranja Presento un cambio de coloración a café Presento un cambio de coloración a naranja No presento cambios de color Cambio de coloración a naranja Mantuvo su color inicial Mantuvo su color natural R.F Natural Si es reductor Jugo de Manzana Si es reductor Cambio de color a amarillo Cambio de color a café oscuro Cambio de color manera brusca Precipitación y color de Mantuvo sus características Cambio de color de forma brusca Presentación de olor a caramelo Presento un asentamiento de color amarillo en la parte inferior del tubo Cambio a color amarillo Cambio brusco de color Presencia de Azucares reductores en Alimentos Alimento Jugo de Manzana Fehling A No es reductor Fehling B No es reductor Benedict Si es reductor Refresco Natural No es reductor Si es reductor Si es reductor Refresco de dieta No es reductor No es reductor No es reductor Canderel No es reductor Si es reductor Si es reductor Azúcar de mesa No es reductor No es reductor No es reductor ANALISIS DE RESULTADOS Fenómeno de mutorrotación en los azucares reductores El fenómeno de la mutarrotación sugiere que deben existir dos formas estereoisómeras de la D-glucosa con propiedades físicas diferentes. La causa de que la D-glucosa (y también otros monosacáridos) exhiba estas propiedades recae en que este azúcar no se encuentra habitualmente en disolución en la forma de cadena abierta, sino en una forma cíclica denominada anillo de piranosa. Los aldehídos y las cetonas en general reaccionan con los alcoholes para formar unos compuestos llamados respectivamente hemiacetales y hemicetales, que poseen un átomo de carbono asimétrico adicional y pueden por lo tanto existir en dos formas estereoisómeras (Bionova, Observaciones Solo es reductor en el reactivo Benedict Presencia de cambios de coloración Conservo el asentamiento amarillo al fondo el tubo Presencia de cambios de coloración Solo presento un cambio de olor a caramelo 2015) es por ello que cuando existe presencia de un azúcar reductor, se dice que exhibe mutarrotación en el caso de la práctica la maltosa se produce a partir de 2 unidades de glucosa unidas por el enlace glucosidico 1,4 exhibe mutarrotación y es un azúcar reductor, al igual que la lactosa que surge de la unión una molécula de glucosa y una molécula de galactosa unidas por un enlace glicosídico 1,4, (C-1 galactosa y C-4 glucosa) y la fructuosa que en su mayoría se encuentra en las formas furanosa C y furanosa f3. (Guzmán, L. 2016) La cadena abierta que se forma durante la mutarrotación puede participar en reacciones de oxidación-reducción, es decir también la fructuosa es un azúcar reductor. No existe variabilidad entre reactivo Fehling B y reactivo Benedict de acuerdo a los resultados reductores. de los azucares Sacarosa ¿Por Qué No Es Reductora? En la sacarosa, los monosacáridos se unen (en 1-2) por sus hidroxilos anómeros y es, al mismo tiempo, αglucósido y β-fructósido, de modo que se hidroliza por α- y por βglicosidasas. Con frecuencia a la mezcla 1:1 de glucosa y fructosa es referida como azúcar invertido debido a que se invierte, o se cambia, el signo de la rotación óptica durante la hidrólisis de la sacarosa ([α]D= +66.5) a una mezcla de glucosa/fructosa ([α]D= -22.0). (Sánchez, R. 2014) La sacarosa no exhibe mutarrotación. No experimenta las reacciones típicas de los aldehídos y cetonas por lo tanto es el único disacárido común que no es un azúcar reductor en ninguno de los reactivos. Por calentamiento de la sacarosa por encima de su punto de fusión, se obtiene una masa oscura, que está constituida por una mezcla de distintos productos de descomposición y que se denomina “caramelo” de ahí el olor que presento durante la experimentación el azúcar de mesa, que del mismo modo que la sacarosa no es un azúcar reductor. EL CANDEREL COMO AZUCAR REDUCTOR El Canderel clásico tiene como principal componente al aspartamo que es un polvo blanco e inodoro, calculado unas 200 veces más dulce que el azúcar, que se obtiene mediante la combinación de fenilalanina y de ácido aspártico. Su principal impureza es la dicetopiperazina, que no posee propiedades edulcorantes. Tras su ingestión, el aspartamo se descompone en el tubo digestivo para formar ácido aspártico, fenilalanina y metanol. Así, casi nada de aspartamo llega a la sangre. El cuerpo metaboliza rápidamente tanto el ácido aspártico como el metanol, sin que por ello se incrementen de manera significativa sus concentraciones en el flujo sanguíneo, aún en el caso en que el aspartamo se tome en dosis única equivalente a la dosis entera de Ingesta Diaria Admisible (IDA). A su vez el Canderel azul o clásico posee Dextrosa, edulcorante (glucósidos de estreviol) celulosa y aroma. Tales compuestos en relación a la glucosa tuvieron un efecto de mutarrotación siendo calificados como reductores JUGO DE MANZANA CONCLUSIONES Resaltando los componentes del jugo de manzana este tiene gran incidencia de glucosa lo que hace tenga mutarrotación y sea identificado de acuerdo a su color café intenso como un azúcar reductor De acuerdo a su potencial mutarrotación la fructuosa, lactosa y manosa se ubican dentro del grupo de azucares reductores, mientras que la sacarosa al igual que la azúcar de mesa no poseen las características para reaccionar y ser catalogadas como azucares reductores. Por su parte y de acuerdo a los alimentos el Canderel, el refresco natural y el jugo de manzana son azucares reductores, es aquí donde nuestra hipótesis se vuelve nula ,mientras que el refresco de dieta y la azúcar de mesa no lo son, su efecto en el organismo se ve altamente relacionado con la alteración de las proteínas mediante la reacción de Maillard la cual en etapas tanto iniciales como finales son irreversibles y están implicadas en los procesos de envejecimiento celular y en el desarrollo de las complicaciones de la diabetes. REFRESCO NATURAL Y REFRESCO DE DIETA De acuerdo a los resultados de ambos reactivos y basándonos en la bibliografía los refrescos de dieta no contienen azúcar (glucosa) lo que indica un negativo en los resultados de azucares reductores ya que no hay un fenómeno de mutarrotación, a diferencia del refresco natural que al estar en presencia de glucosa se precipita dando como resultado un azúcar reductor. Similitudes entre Reactivo Fheling y Benedict Ambos reactivos localizan azucares reductores y están basados en sales y oxisales de cobre, que se reducen para formar óxidos de cobre I y III, la de Fehling es específica para monosacáridos Evidencias De Cambios De Colores En Los Tubos De Ensayo Referencias Bionova, (2015) Glúcidos. Recuperado de, http://www.bionova.org.es/biocast /documentos/tema07.pdf Briceño,K. (2016) Azucares reductores, métodos de determinación. Recuperado de, https://www.lifeder.com/azucaresreductores/ Cacamisse, W. (2012) Biografía de Stanley Rossiter Benedict. Recuperado de, http://www.whonamedit.com/doct or.cfm/3354.html Domínguez, E. (2015) Prueba de Benedict para carbohidratos simples. Recuperado de, http://biocoments.blogspot.com/2 015/04/prueba-de-benedict-ycarbohidratos.html Gúzman,L. (2016) Disacaridos y Polisacaridos Jaime, P. (2010) Reactivo de Fehling Méndez, J. 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