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Experimento - Medios didácticos para experimentar/Experimento 10+/Hidratos de carbono: proveedor de energía/Los hidratos de carbono como suministradores de energía para el metabolismo (Instrucción para los profesores) (editar)
Revisión del 23:53 30 sep 2021
, hace 2 añossin resumen de edición
'''Examen en profundidad para el grupo de edad 16+''' Los hidratos de carbono se pueden dividir según su composición química en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos (el azúcar simple, dos o varios azúcares). Los monosacáridos pueden ser considerados como productos de oxidación de alcoholes polivalentes. Se componen de una cadena carbonada de tres a seis átomos de carbono y llevan un grupo de aldehídos o cetonas, que determinan sus reacciones químicas. Los demás átomos de carbono llevan grupos hidroxilos.
'''Examen en profundidad para el grupo de edad 16+''' Los hidratos de carbono se pueden dividir según su composición química en monosacáridos, disacáridos y polisacáridos (el azúcar simple, dos o varios azúcares). Los monosacáridos pueden ser considerados como productos de oxidación de alcoholes polivalentes. Se componen de una cadena carbonada de tres a seis átomos de carbono y llevan un grupo de aldehídos o cetonas, que determinan sus reacciones químicas. Los demás átomos de carbono llevan grupos hidroxilos.
La glucosa es especialmente importante como sustrato para el metabolismo celular ([https://cnbguatemala.org/wiki/Experimento_-_Medios_did%C3%A1cticos_para_experimentar/Experimento_10%2B/Quemamos_az%C3%BAcares_(respiraci%C3%B3n_celular) véase el experimento C1]). Puede aparecer en forma de cadenas o anillos, ambas formas se pueden pasar mutuamente (formación de hemiacetal, [[#Fig 2. Ciclización en la molécula de glucosa (formación de hemiacetales)|véase la figura 2]]) y están presentes en una solución acuosa con poca encadenación.
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Archivo:Fig 1. La glucosa y la fructosa como ejemplos de los monosacáridos.jpg|Fig 1. La glucosa y la fructosa como ejemplos de los monosacáridos.
Archivo:Fig 1. La glucosa y la fructosa como ejemplos de los monosacáridos.jpg|Fig 2. Ciclización en la molécula de glucosa (formación de hemiacetales).
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Los disacáridos se forman por la unión de dos unidades de monosacáridos. En este proceso reacciona un grupo hidroxilo con el grupo hemiacetal separando el agua (formación de acetales).
Esta reacción se muestra en el ejemplo de la unión de glucosa y fructosa en la figura 3, se forma sacarosa, el azúcar común que conocemos de nuestras casas.
[[Archivo:Fig 3. La glucosa y la fructosa hacen una reacción química transformándose en sacarosa.jpg|thumbnail|center|450px|Fig 3. La glucosa y la fructosa hacen una reacción química transformándose en sacarosa.]]
Si se unen dos moléculas de glucosa con separación de agua formando un disacárido se forma maltosa.
Un representante importante de los polisacáridos vegetales es el almidón ([[#Fig 4. Extracto de una molécula de almidón|véase la figura 4]]).
Se compone de restos de glucosa anudados entre sí. De ellos aprox. un 25% es almidón soluble (amilosa). La amilosa forma largas cadenas que se enroscan formando una hélice α. En cambio, la parte insoluble (la amilopectina, aprox. el 75%) está ramificada con enlaces adicionales entre cadenas más cortas. La estructura del glucógeno, un hidrato de carbono de almacenamiento de energía animal, es parecida a la de la amilopectina. Se puede comprobar específicamente el almidón (la amilosa) con ayuda de yodo. El yodo se almacena en el interior de la hélice α de la molécula de almidón. De esta forma se crea un compuesto complejo que en función de la concentración de yodo se caracteriza por su color azulvioláceo hasta negro.
[[Archivo:Fig 4. Extracto de una molécula de almidón.jpg|thumbnail|center|300px|Fig 4. Extracto de una molécula de almidón]]
Para ahondar en la fisiología del metabolismo se pueden tratar las reacciones enzimáticas (p. ej., de la amilasa) con su cinética. Otro tema para el grupo de 16 a 18 años es la fisiología de las membranas. El transporte de glucosa en el lumen intestinal es un ejemplo adecuado para explicar el transporte secundario activo.
====Relevancia en el plan de estudios====
En el grupo de edad de 10 a 16 años los aspectos de la biología humana relativos a la alimentación y la digestión están en primer plano. La obtención y la comprobación del almidón, p. ej., de la papa, pueden ser experimentos de calidad que se pueden realizar en este contexto. Lo mismo vale para la combustión del azúcar con catalizadores, que permite explicar el principio de la respiración celular y la transformación de la energía ([https://cnbguatemala.org/wiki/Experimento_-_Medios_did%C3%A1cticos_para_experimentar/Experimento_10%2B/Quemamos_az%C3%BAcares_(respiraci%C3%B3n_celular) véase también el experimento C1]). Aquí es recomendable activar los conocimientos previos relativos a los procesos sencillos de combustión (la vela, la combustión de azúcar con y sin catalizador).
La química de los hidratos de carbono debería tratarse en detalle sólo a partir del grupo de edad 16+. A este ámbito pertenecen la estructura y las reacciones de los hidratos de carbono así como el debate sobre las reacciones que permiten realizar comprobaciones a nivel molecular. Es indispensable tener conocimientos básicos de química orgánica (los alcoholes, los aldehídos, las cetonas: su estructura y reacciones, las formas de la isomería). Los aspectos multidisciplinares están dados de esta manera por la oxidación y la reducción de hidratos de carbono en el contexto biológico de la respiración celular.
'''Temas y terminología:''' La formación de (hemi)acetales, el aldehído, los monosacáridos, la transformación de la energía, la enzima amilasa, la glucosa, la hidrólisis, la isomería, la catálisis, la cetona, la forma en cadena o anillo de las moléculas, el hidrato de carbono, los polisacáridos, la oxidación, la absorción, la sacarosa, el almidón, el metabolismo, los enlaces por puente de hidrógeno, el azúcar, los disacáridos
====Conocimientos a adquirir====
Los alumnos y alumnas ...
*conocen los elementos que constituyen la base de la alimentación y saben en qué alimentos están contenidos.
*conocen cómo pasa la alimentación por el cuerpo.
*pueden realizar reacciones para comprobar la presencia de hidratos de carbono y explicar los fenómenos que han observado.
*pueden explicar con términos especializados cómo es la estructura de los hidratos de carbono (si hace falta con fórmulas estructurales y ecuaciones de las reacciones).
*pueden captar principios básicos de la transformación de la energía por el catabolismo.
*pueden transferir el principio de la combustión del azúcar a los procesos del metabolismo.
====El experimento en el contexto explicativo====
====Las papas contienen almidón====
Este experimento optativo sirve como paso previo al aprendizaje de que los hidratos de carbono como el almidón son una parte fundamental de muchos alimentos.
=====La hidrólisis del almidón=====
Este experimento muestra por un lado la presencia del almidón y, por el otro, la hidrólisis enzimática de la parte soluble del almidón, la amilosa, mediante la enzima amilasa en la saliva humana. La prueba se obtiene a partir del almacenamiento de iones de poliyoduro de la solución yodada en la cadena de amilosa en forma de espiral (véase arriba). De esta forma se produce el color violeta característico de la solución.
La amilasa de la saliva actúa como endoamilasa o amilasa α en cualquier parte de la cadena:
<center>(C<sub>6s</sub>H<sub>10</sub>O<sub>5</sub>)n + (n-1) H<sub>2</sub>O n C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> </center>
Advertencia importante: La tintura de yodo (marrón) contiene demasiado yodo no disuelto.
Como consecuencia del exceso de yodo se tiñe la mayor parte del almidón de negro y una pequeña parte de azul. La parte del almidón de color azulado forma conjuntamente con la solución restante de yodo de color marrón un color grisáceo verdoso de la fase acuosa.
También hay problemas si la solución de almidón contiene demasiado almidón. En ese caso, la saliva no transforma todo el almidón en glucosa. Al añadir yodo se tiñe de azul o surge una mezcla de los colores gris y verde.