Polisacaridos

Medicina Veterinaria II Semestre Sección 001

Metabolismo Polisacáridos

Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de monosacáridos. Se encuentran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reservas energéticas y estructurales. Los polisacáridos pueden incluirse dentro del grupo de los hidratos de carbono, que también son conocidos como carbohidratos o glúcidos. Asimismo Los polisacáridos son polímeros cuyos constituyentes (sus monómeros) son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos márgenes, a diferencia de lo que ocurre con biopolímeros informativos, como el ADN o los polipéptidos de las proteínas, que tienen en su cadena un número fijo de piezas, además de una secuencia específica.

Es importante señalar que los polisacáridos cumplen con diferentes funciones en el organismo: contribuyen al desarrollo de las estructuras orgánicas, permiten almacenar energía y actúan como un mecanismo de protección frente a ciertos fenómenos, por ejemplo:

• La celulosa es el polisacárido más frecuente y la biomolécula natural que tiene mayor presencia en el planeta. Forma parte de las paredes de las células de tipo vegetal, tiene relevancia en la dieta del ser humano (contribuye a la digestión) y se emplea en la producción de papel, barniz, explosivos y otros productos.

• Otro polisacárido muy importante es la quitina, que está presente en el exoesqueleto de diversos insectos, en las paredes de las células de los hongos y en los órganos de ciertos animales. La quitina se emplea en la industria alimenticia y en la farmacéutica, entre otras.

• El glucógeno (de amplia presencia en el hígado) y el almidón (que aporta más del setenta por ciento de las calorías que ingerimos las personas en todo el planeta) son otros polisacáridos destacados.

Cabe mencionar que, si se desarrolla la hidrólisis de los mencionados enlaces glucosídicos que unen a los monosacáridos, es posible lograr la descomposición de los polisacáridos, ya sea en polímeros de la misma clase pero más simples, en disacáridos o incluso en diversos monosacáridos.

Los polisacáridos pueden descomponerse, por hidrólisis de los enlaces glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos. Su digestión dentro de las células, o en las cavidades digestivas, consiste en una hidrólisis catalizada por enzimas digestivas (hidrolasas) llamadas genéricamente glucosidasas, que son específicas para determinados polisacáridos y, sobre todo, para determinados tipos de enlace glucosídico. Así, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el almidón, cuyos enlaces son del tipo llamado α (1→4), no pueden descomponer la celulosa, cuyos enlaces son de tipo β (1→4), aunque en los dos casos el monosacárido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacáridos, que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dos enlaces, liberando así disacáridos y dejando que otras enzimas completen luego el trabajo.

En la formación de cada enlace glucosídico sobra una molécula de agua, ya que estos se forman por reacciones de condensación a partir de la unión de monosacáridos por enlaces del tipo covalente. Asimismo, en su ruptura por hidrólisis se agrega una molécula de agua para dividirlo en múltiples monosacáridos, por lo que en una cadena hecha de n monosacáridos, habrá n-1 enlaces glucosídicos. Partiendo de que la fórmula general, no sin excepciones, de los monosacáridos es CxH2xOx

Se deduce fácilmente que los polisacáridos responderán casi siempre a la fórmula general: Cx (H2O)x–1

Los almidones por ejemplo son los polímeros donde se unen un gran número de monosacáridos de glucosa. Los almidones tienen la fórmula general (C6H10O5), donde n depende del tipo de almidón formado. Por ejemplo, el glucógeno es un almidón animal que se compone de aproximadamente 60.000 unidades de glucosa. El glucógeno es importante como fuente de almacenamiento de energía tanto en el hígado como en los músculos. Cuando un organismo necesita que las enzimas de la energía, la degradación de liberar las unidades de glucosa. Observe en el siguiente diagrama cómo las moléculas de glucosa están unidas en glucógeno.

Los polisacáridos se encuentran como cadenas lineales, o bien, ramificadas, que a su vez pueden estar integradas por un solo tipo de monosacárido (homopolisacarido), como por ejemplo el almidón y la celulosa, o también por varios tipos de monosacáridos (heteropolisacarido), como es el caso de la mayoría de las gomas. De cualquier manera, sus componentes siempre están unidos regularmente con una secuencia y estructura repetitivas, representando polímeros con un alto grado de ordenación.

De los hidratos de carbono contenidos en la mayoría de los tejidos animal y vegetal, los polisacáridos son los más abundantes; los azúcares libres generalmente están en una menor concentración. Interaccionan fuertemente con las proteínas en los sistemas biológicos lo cual determina muchas de las funciones celulares; la unión entre estos polímeros se efectúa principalmente por enlaces electrostáticos, aun cuando pueden existir puentes de hidrógeno, hidrófobos y, en ocasiones, covalentes. Algunos de estos complejos forman geles cuando se calientan y producen una estructura ordenada tridimensional en la que queda atrapada el agua.

Su nomenclatura se basa en la adición de la terminación "ana" a las primeras letras que identifiquen el nombre del azúcar que lo integra; por ejemplo, aquellos constituidos por glucosa exclusivamente se denominan glucanas, los que contienen solo galactosa, galactanas, etc. Cuando contienen más de un monómero se hace una combinación, como galactomanana, arabinogalactana, etcétera.

De acuerdo con su función biológica los polisacáridos se han divido en dos grandes grupos:

1. Los que constituyen la estructura celular y le confieren rigidez a los tejidos (celulosa, pectinas, gomas).

2. Los que representan la reserva energética de animales y vegetales (glucógeno, inulina y almidón).

Clasificación de los polisacáridos

Según la función biológica, los polisacáridos se clasifican en los siguientes grupos:

• Polisacáridos de reserva: La principal molécula proveedora de energía para las células de los seres vivos es la glucosa. Cuando ésta no es descompuesta en el catabolismo energético para extraer la energía que contiene, es almacenada en forma de polisacáridos de tipo α(1->4), representado en las plantas por el almidón y en los animales por el glucógeno.

• Polisacáridos estructurales: Se trata de glúcidos que participan en la construcción de estructuras orgánicas. Entre los más importantes tenemos a la celulosa que es el principal componente de la pared celular en las plantas y a la quitina, que cumple el mismo papel en los hongos, además de ser la base delexoesqueleto de los artrópodos y otros animales emparentados.

• Otras funciones: La mayoría de las células de cualquier ser vivo suelen disponer este tipo de moléculas en su superficie celular. Por ello están involucrados en fenómenos de reconocimiento celular (Ejemplo: Complejo mayor de histocompatibilidad, protección frente a condiciones adversas (Ejemplo: Cápsulas polisacarídicasen microorganismos o adhesión a superficies (Ejemplo: la formación de biofilms o biopelículas, al actuar como una especie de pegamento.

Según la composición

Se distinguen dos tipos de polisacáridos según su composición:

1. Homopolisacáridos: están formados por la repetición de un monosacárido.

2. Heteropolisacáridos: están formados por la repetición ordenada de un disacárido formado pordos monosacáridos distintos (o, lo que es lo mismo, por la alternancia de dos monosacáridos). Algunos heteropolisacáridos participan junto a polipéptidos (cadenas de aminoácidos) de diversos polímeros mixtos llamados peptidoglucanos, mucopolisacáridos o proteoglucanos. Se trata esencialmente de componentes estructurales de los tejidos, relacionados con paredes celulares y matrices extracelulares.

Características de Los Metabolismos Polisacáridos

Estructurales:

• Forman puentes de hidrógeno intermoleculares muy fuertes.

• Producen fibras muy rígidas.

• Insoluble en agua.

• Enlaces glucosidicos generalmente B.

• Muy resistentes a enzimas, microorganismos y agentes químicos.

• Sus dispersiones son de alta viscosidad.

De reserva alimenticia:

• Pocos puentes de hidrógeno intermolecular y débil.

• No producen fibras.

• Solubles en agua.

• Enlaces glucosidicos generalmente A.

• Muy atacables por enzimas, microorganismos y agentes químicos.

• Sus dispersiones no son muy viscosas.

En los polisacáridos, al igual que la de los oligosacáridos, la hidrólisis depende del pH, la temperatura, el tipo de enlace glucosidico, la configuración anomérica y la presencia de grupos voluminosos (vg. sulfatos) que ejercen un efecto estabilizador. Por ejemplo, los α-D-enlaces del almidón son más susceptibles que los β-D-enlaces de la celulosa; a su vez, los α (I, 3) se rompen más fácilmente que los α(I, 6) o los α (I, 4). Las uniones en que intervienen furanosas (fructosa) son más lábiles que en las que contienen piranosas. La presencia de grupos sulfato estabiliza los enlaces glucosidicos a pesar de que éstos en forma individual.

Son muy sensibles a los ácidos. Los azúcares anhidros, como la 3,6-anhidro-galactosa, son sumamente hábiles y aceleran la hidrólisis de los polisacáridos. Al igual que otras macromoléculas, estos polímeros también pueden tener una conformación ordenada o carecer de ella y estar al "azar"; cada una de éstas es el resultado de las interacciones que tienen sus monómeros constituyentes y que, en términos generales, se agrupan en su entropía conformacional. Debido al gran número de uniones covalentes y no covalentes, los polisacáridos, con un cambio muy pequeño en su energía interna, presentan una cierta rotación y flexibilidad de movimiento. Las estructuras de hélice, como en el almidón y la celulosa, son más ordenadas y rígidas, que las estructuras al azar.

Los polisacáridos se encuentran en forma natural en muchos alimentos, pero en algunas ocasiones se añaden a otros para obtener la formulación correcta, coma en el caso del almidón, la carragaenina y las pectinas, que se utilizan por sus propiedades funcionales. Por su gran capacidad de retener agua, producen partículas coloidales muy hidratadas, razón por la cual a los polisacáridos se les da el nombre de hidrocoloides.

La expresión "capacidad de retención de agua " generalmente se emplea para hacer referencia a la cantidad de agua que una proteína o un hidrato de carbono (macromoléculas en general) puede retener sin que haya liberación del líquido. Dicha capacidad depende de factores intrínsecos (tipo de polímero, peso molecular, linealidad, etc.), y de factores extrínsecos (pH, fuerza iónica, temperatura, presencia de ciertos cationes, etc.).

La retención de agua puede causar la formación de un gel; taI es el caso de los producidos por las carragaeninas y las pectinas. Las macromoléculas actúan entre si y forman una red tridimensional en la que queda atrapada el agua debido a una fuerte hidratación del polímero. Sin embargo, durante el almacenamiento puede ocurrir que las macromoléculas reaccionen entre si y pierdan su capacidad de retención de agua; esto ocasiona que las moléculas de agua que ya no son retenidas se desprendan de la matriz del gel y emigren a la superficie. Este fenómeno se conoce como sinéresis, que indica exudación o liberación de agua causada por un reacomodo interno de las macromoléculas.

Principales usos de los polisacáridos en alimentos

• Estabilizadores a través de sus interacciones con agua

• Emulsionantes

• Gelificantes

• Estabilizan o forman espumas

• Mejoran la textura dándole "cuerpo al alimento

• Espesantes y agentes de viscosidad

• Encapsulación de sabores artificiales, fijación de sabores

• Estabilizan sistemas donde hay ciclos de congelamiento y descongelamiento

• Controlan la cristalización de azúcares, sales y agua

• Forman películas resistentes

• Agentes de suspensión de sólidos en líquidos

• Agentes adhesivos

• Espesantes en alimentos dietéticos bajos en calorías

• Agentes floculantes

• Reducen el daño estructural del alimento causado por el congelamiento

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