Polisacáridos

Los polisacáridos están formados por la unión de centenares de monosacáridos, unidos por enla­ces “O-glucosídicos”.  Existen algunos formados por unidades de pentosa, llamados pentosanas, pero los que tienen importancia biológica son los polímeros de unidades de hexosas, llamados también hexosanas, y muy especialmente los polisacáridos formados de glucosa.

Propiedades y clasificación.

Los polisacáridos son sustancias de gran tamaño y peso molecular. Son totalmente insolubles en agua, en la que pueden formar dispersiones coloidales. No tienen sabor dulce. Pueden ser cristalizados, mantienen el aspecto de sólidos de color blanco y carecen de poder reduc­tor. Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Homopolisacáridos, formados por el mismo tipo de monosacáridos. Destacan por su interés biológico el almidón, el glucógeno, la celulosa y la quitina. Polímeros constituidos por un único tipo de monómero; por ejemplo, glucosa en almidón, glucógeno y celulosa, o N-acetilglucosamina en la quitina.
• Heteropolisacáridos, formados por diferentes monómeros. Entre ellos se encuentran la pectina, la hemicelulosa, el agar-agar y diversas gomas y mucopolisacáridos. Pectinas, ricas en ácido D-galacturónico; hemicelulosas como xilanos, mananos y glucomananos; agar-agar, mezcla de agarosa y agaropectina de algas rojas; y glicosaminoglucanos (mucopolisacáridos) como hialuronano, condroitín sulfato y heparina.

En términos químicos, la mayor parte de los polisacáridos se comporta como sustancia no reductora, ya que cada macromolécula presenta un único extremo reductor y multitud de extremos no reductores, lo que hace despreciable su poder reductor global en pruebas habituales. El almacenamiento de glucosa en forma polimérica disminuye de forma notable el efecto osmótico intracelular respecto a la misma cantidad de monómeros libres. Su hidrólisis es específica y la realizan enzimas que reconocen el tipo de enlace glucosídico y su configuración (alfa o beta), como amilasas, celulasas o quitinasas.

 

Nos centraremos en los cuatro principales homopolisacáridos.

Almidón.

El almidón es el polisacárido de reserva propio de los vegetales, pues sirve como almacén de la glucosa (fabricada por fotosíntesis) en el interior de los plastos, donde se acumula en forma de granos de aspecto característico según la especie. Se halla, sobre todo, en raíces, tubérculos y semillas.

Está formado a su vez por dos componentes, amilosa y amilopectina, en proporciones varia­bles, según la especia vegetal de la que se trate.

• La amilosa es el componente minoritario (menos del 30%). Es un polímero de alfa glucosa, con enlaces 1-4. Puesto que cada dos unidades forman una maltosa, también se puede decir que está compuesto por unidades de maltosa. La molécula tiene una estructura lineal (sin ramificaciones) y de aspecto helicoidal. La conformación helicoidal permite formar un complejo de inclusión con yodo que origina color azul intenso en la prueba del yodo. En la mayoría de los almidones, la amilosa representa aproximadamente un 10 – 30 %, mientras que la amilopectina supone un 70 – 90 %, con variaciones según la especie vegetal.
• La amilopectina está compuesta también por unidades de alfa-glucosa con enlaces 1-4 que forman el núcleo central de la molécula helicoidal, pero, además, hay enlaces alfa 1-6 que forman isomaltosas y que constituyen puntos de ramificación cada 12 – 30 glucosas. Dentro de cada ramificación los enlaces siguen siendo alfa 1-4, salvo en las nuevas ramificaciones. En conjunto, la molécula tiene unas cinco o seis veces más unidades de glucosa que la de amilosa, lo que supone algo más de mil unidades. Debido a su mayor grado de ramificación, el complejo con yodo produce tonalidad pardo-rojiza en lugar del azul intenso característico de la amilosa. La abundancia de extremos no reductores favorece una hidrólisis rápida por las amilasas.

 

Glucógeno.

Tiene la misma composición que la amilopectina y una estructura molecular semejante, aunque con mayor número de ramificaciones (cada 8 – 10 glucosas), por lo que el tamaño y el peso molecular son mayores.

Su síntesis comienza sobre una proteína cebadora llamada glucogenina, a la que quedan unidos los primeros residuos de glucosa mediante enlaces alfa 1-4. Con yodo origina una tonalidad pardo-rojiza, y se acumula en proporciones aproximadas del 1 – 2 % del peso húmedo en músculo y hasta alrededor del 10 % en hígado tras ingestas ricas en hidratos de carbono.

Su función es también de reserva o almacén de glucosa, pero es exclusivo de las células de los animales. Se acumula en forma de granos, sobre todo en el citoplasma de las células muscula­res y hepáticas. El glucógeno muscular proporciona glucosa como combustible para la con­tracción muscular, mientras que el del hígado es la reserva general de glucosa que pasa a la san­gre y se distribuye a las células.

Celulosa.

Su función es estructural, pues forma la pared de todas las células vegetales, a las que da for­ma y consistencia. Es especialmente abundante en los tejidos vegetales de las células muertas, como el leño del interior de los árboles y muchas fibras vegetales (cáñamo, esparto, algodón, etc.). De hecho, se considera que es la molécula orgánica más abundante en la naturaleza. Solo excepcionalmente aparece en un grupo de animales, los Tunicados, como las ascidias.

Su interés económico es muy grande, pues se emplea en la industria de fabricación de papel, plásticos, explosivos, etc.

Está formada por unidades de beta-glucosa, con enlace 1-4, por lo que puede decirse tam­bién que se trata de un polímero del disacárido celobiosa.

La molécula tiene forma de cadena helicoidal, sin ramificaciones. Unas moléculas se unen lateral­mente a otras mediante puentes de hidrógeno y forman microfibrillas, que se agrupan en otros haces mayores pudiendo, en algunos casos, constituir fibras visibles a simple vista, como las del algodón.

Las cadenas paralelas se empaquetan formando microfibrillas con regiones cristalinas y amorfas, estabilizadas por redes extensas de puentes de hidrógeno, lo que explica su elevada resistencia a la tracción. En las paredes celulares vegetales, la celulosa se integra en una matriz con hemicelulosas y pectinas que modula la rigidez y la extensibilidad del tejido.

El tipo de enlace tiene consecuencias biológicas importantes, ya que no es hidrolizado por las enzimas digestivas por tanto, los animales no digie­ren la celulosa. Solo algunos insectos, como el lepisma o «pececillo de plata», que se come las páginas de nuestros libros, ciertos moluscos como el caracol y muchos microorganismos pue­den descomponerla mediante enzimas hidrolíticas llamadas celulasas.

Las bacterias que se encuentran formando la flora bacteriana del intestino de los herbívoros y de insectos como las termitas son responsables de que estos animales puedan digerir la celulo­sa de los vegetales de los que se alimentan, gracias a las celulasas que producen. En los rumiantes, estos microorganismos residen principalmente en el rumen, mientras que en las termitas actúan simbiontes presentes en su intestino, que aportan las celulasas necesarias para la digestión.

Quitina.

Es un polímero de un derivado de la glucosa, la  N-acetil-glucosamina, con enlaces beta 1-4, y forma cadenas semejantes a la celu­losa que se unen lateralmente, por lo que resultan muy resistentes al ataque de agentes químicos. Las enzimas quitinasas, capaces de degradar la quitina por hidrólisis, son muy escasas en la naturaleza (existen en los caracoles y en ciertos insectos tropicales), por lo que, en general, no es digerible.

En los hongos, el armazón de quitina se asocia con beta-glucanos en la pared celular, contribuyendo a su rigidez y a una permeabilidad selectiva. La desacetilación parcial de la quitina produce quitosano, un polisacárido relacionado, soluble en disoluciones ácidas, con propiedades distintas derivadas de la presencia de grupos amino libres.

Su función es estructural, ya que constituye el componente esencial del exoesqueleto de muchos invertebrados (Artrópodos, algunos Anélidos, etc.). También forma parte de la pared celular de hongos y líquenes.