Polisacárido

Los polisacáridos, o policarbohidratos, son los carbohidratos más abundantes que se encuentran en los alimentos. Son carbohidratos poliméricos de cadena larga compuestos por unidades de monosacáridos unidas entre sí por enlaces glucosídicos. Este carbohidrato puede reaccionar con agua (hidrólisis) utilizando enzimas amilasa como catalizador, lo que produce azúcares constituyentes (monosacáridos u oligosacáridos). Varían en estructura desde lineal hasta altamente ramificado. Los ejemplos incluyen polisacáridos de almacenamiento como almidón, glucógeno y galactógeno y polisacáridos estructurales como celulosa y quitina.

Los polisacáridos suelen ser bastante heterogéneos y contienen ligeras modificaciones de la unidad repetitiva. Dependiendo de la estructura, estas macromoléculas pueden tener propiedades distintas de sus componentes básicos de monosacáridos. Pueden ser amorfos o incluso insolubles en agua. Cuando todos los monosacáridos en un polisacárido son del mismo tipo, el polisacárido se denomina homopolisacárido u homoglicano, pero cuando hay más de un tipo de monosacárido presente, se denominan heteropolisacáridos o heteroglicanos.

Los sacáridos naturales generalmente están compuestos por carbohidratos simples llamados monosacáridos con fórmula general (CH ₂ O) _n donde n es tres o más. Ejemplos de monosacáridos son glucosa, fructosa y gliceraldehído. Mientras tanto, los polisacáridos tienen una fórmula general de C _x (H ₂ O) _y, donde x suele ser un número grande entre 200 y 2500. Cuando las unidades repetitivas en la columna vertebral del polímero son monosacáridos de seis carbonos, como suele ser el caso, el la fórmula general se simplifica a (C ₆ H ₁₀ O ₅) _n, donde típicamente 40 ≤ n≤ 3000.

Como regla general, los polisacáridos contienen más de diez unidades de monosacáridos, mientras que los oligosacáridos contienen de tres a diez unidades de monosacáridos; pero el corte preciso varía algo según la convención. Los polisacáridos son una clase importante de polímeros biológicos. Su función en los organismos vivos suele estar relacionada con la estructura o el almacenamiento. El almidón (un polímero de la glucosa) se utiliza como polisacárido de almacenamiento en las plantas y se encuentra en forma de amilosa y de amilopectina ramificada. En los animales, el polímero de glucosa estructuralmente similar es el glucógeno ramificado más densamente, a veces llamado "almidón animal". Las propiedades del glucógeno le permiten metabolizarse más rápidamente, lo que se adapta a la vida activa de los animales en movimiento. En las bacterias, juegan un papel importante en la multicelularidad bacteriana.

La celulosa y la quitina son ejemplos de polisacáridos estructurales. La celulosa se utiliza en las paredes celulares de las plantas y otros organismos y se dice que es la molécula orgánica más abundante en la Tierra. Tiene muchos usos, como un papel importante en las industrias textil y del papel, y se utiliza como materia prima para la producción de rayón (a través del proceso de viscosa), acetato de celulosa, celuloide y nitrocelulosa. La quitina tiene una estructura similar, pero tiene ramas laterales que contienen nitrógeno, lo que aumenta su fuerza. Se encuentra en exoesqueletos de artrópodos y en las paredes celulares de algunos hongos. Además tiene múltiples usos, entre ellos hilos quirúrgicos. Los polisacáridos también incluyen calosa o laminarina, crisolaminarina, xilano, arabinoxilano, manano, fucoidano y galactomanano.

Función

Estructura

Los polisacáridos de nutrición son fuentes comunes de energía. Muchos organismos pueden descomponer fácilmente los almidones en glucosa; sin embargo, la mayoría de los organismos no pueden metabolizar la celulosa u otros polisacáridos como la celulosa, la quitina y los arabinoxilanos. Estos tipos de carbohidratos pueden ser metabolizados por algunas bacterias y protistas. Los rumiantes y las termitas, por ejemplo, utilizan microorganismos para procesar la celulosa.

Aunque estos polisacáridos complejos no son muy digeribles, proporcionan elementos dietéticos importantes para los humanos. Llamados fibra dietética, estos carbohidratos mejoran la digestión entre otros beneficios. La acción principal de la fibra dietética es cambiar la naturaleza del contenido del tracto gastrointestinal y cambiar la forma en que se absorben otros nutrientes y sustancias químicas. La fibra soluble se une a los ácidos biliares en el intestino delgado, lo que hace que sea menos probable que ingresen al cuerpo; esto a su vez reduce los niveles de colesterol en la sangre.La fibra soluble también atenúa la absorción de azúcar, reduce la respuesta del azúcar después de comer, normaliza los niveles de lípidos en la sangre y, una vez fermentada en el colon, produce ácidos grasos de cadena corta como subproductos con una amplia gama de actividades fisiológicas (discutido a continuación). Aunque la fibra insoluble se asocia con un riesgo reducido de diabetes, se desconoce el mecanismo por el cual esto ocurre.

Todavía no se ha propuesto formalmente como un macronutriente esencial (a partir de 2005), pero la fibra dietética se considera importante para la dieta, y las autoridades reguladoras de muchos países desarrollados recomiendan aumentar la ingesta de fibra.

Polisacáridos de almacenamiento

Almidón

El almidón es un polímero de glucosa en el que las unidades de glucopiranosa están unidas por enlaces alfa. Se compone de una mezcla de amilosa (15-20%) y amilopectina (80-85%). La amilosa consta de una cadena lineal de varios cientos de moléculas de glucosa y la amilopectina es una molécula ramificada formada por varios miles de unidades de glucosa (cada cadena de 24 a 30 unidades de glucosa es una unidad de amilopectina). Los almidones son insolubles en agua. Se pueden digerir rompiendo los enlaces alfa (enlaces glucosídicos). Tanto los humanos como otros animales tienen amilasas, por lo que pueden digerir los almidones. La patata, el arroz, el trigo y el maíz son fuentes importantes de almidón en la dieta humana. Las formaciones de almidones son las formas en que las plantas almacenan glucosa.

Glucógeno

El glucógeno sirve como almacenamiento secundario de energía a largo plazo en células animales y fúngicas, y las reservas primarias de energía se mantienen en el tejido adiposo. El glucógeno es producido principalmente por el hígado y los músculos, pero también puede ser producido por la glucogénesis dentro del cerebro y el estómago.

El glucógeno es análogo al almidón, un polímero de glucosa en las plantas, y a veces se lo denomina almidón animal, ya que tiene una estructura similar a la amilopectina pero es más ramificada y compacta que el almidón. El glucógeno es un polímero de enlaces glucosídicos α(1→4) enlazados, con ramificaciones enlazadas α(1→6). El glucógeno se encuentra en forma de gránulos en el citosol/citoplasma en muchos tipos de células y juega un papel importante en el ciclo de la glucosa. El glucógeno forma una reserva de energía que se puede movilizar rápidamente para satisfacer una necesidad repentina de glucosa, pero que es menos compacta y está disponible más inmediatamente como reserva de energía que los triglicéridos (lípidos).

En los hepatocitos del hígado, el glucógeno puede representar hasta el 8 por ciento (100 a 120 gramos en un adulto) del peso fresco poco después de una comida. Solo el glucógeno almacenado en el hígado puede hacerse accesible a otros órganos. En los músculos, el glucógeno se encuentra en una baja concentración del uno al dos por ciento de la masa muscular. La cantidad de glucógeno almacenada en el cuerpo, especialmente en los músculos, el hígado y los glóbulos rojos, varía con la actividad física, la tasa metabólica basal y los hábitos alimenticios, como el ayuno intermitente. Se encuentran pequeñas cantidades de glucógeno en los riñones, e incluso cantidades más pequeñas en ciertas células gliales del cerebro y glóbulos blancos. El útero también almacena glucógeno durante el embarazo, para nutrir al embrión.

El glucógeno está compuesto por una cadena ramificada de residuos de glucosa. Se almacena en hígado y músculos.

• Es una reserva de energía para los animales.
• Es la principal forma de carbohidrato almacenado en el cuerpo animal.
• Es insoluble en agua. Se vuelve marrón-rojizo cuando se mezcla con yodo.
• También produce glucosa por hidrólisis.

• Vista esquemática de la sección transversal en 2-D del glucógeno. Una proteína central de glucogenina está rodeada por ramas de unidades de glucosa. El gránulo globular completo puede contener aproximadamente 30.000 unidades de glucosa.
• Una vista de la estructura atómica de una sola cadena ramificada de unidades de glucosa en una molécula de glucógeno.

Galactógeno

El galactógeno es un polisacárido de galactosa que funciona como almacenamiento de energía en los caracoles pulmonados y algunos Caenogastropoda. Este polisacárido es exclusivo de la reproducción y sólo se encuentra en la glándula de la albúmina del aparato reproductor de la baba de caracol y en el líquido perivitelino de los huevos.

El galactógeno sirve como reserva de energía para el desarrollo de embriones y crías, que luego se reemplaza por glucógeno en juveniles y adultos.

Inulina

La inulina es un carbohidrato complejo polisacárido de origen natural compuesto de fructosa, un alimento de origen vegetal que las enzimas digestivas humanas no pueden descomponer por completo. Las inulinas pertenecen a una clase de fibras dietéticas conocidas como fructanos. Algunas plantas utilizan la inulina como un medio para almacenar energía y, por lo general, se encuentra en las raíces o los rizomas. La mayoría de las plantas que sintetizan y almacenan inulina no almacenan otras formas de carbohidratos como el almidón. En los Estados Unidos, en 2018, la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó la inulina como ingrediente de fibra dietética que se utiliza para mejorar el valor nutricional de los productos alimenticios fabricados.

Polisacáridos estructurales

Arabinoxilanos

Los arabinoxilanos se encuentran tanto en las paredes celulares primarias como secundarias de las plantas y son los copolímeros de dos azúcares: arabinosa y xilosa. También pueden tener efectos beneficiosos sobre la salud humana.

Celulosa

Los componentes estructurales de las plantas se forman principalmente a partir de celulosa. La madera es principalmente celulosa y lignina, mientras que el papel y el algodón son celulosa casi pura. La celulosa es un polímero hecho con unidades de glucosa repetidas unidas entre sí por enlaces beta. Los seres humanos y muchos animales carecen de una enzima para romper los enlaces beta, por lo que no digieren la celulosa. Ciertos animales, como las termitas, pueden digerir la celulosa porque las bacterias que poseen la enzima están presentes en su intestino. La celulosa es insoluble en agua. No cambia de color cuando se mezcla con yodo. Por hidrólisis, produce glucosa. Es el carbohidrato más abundante en la naturaleza.

Quitina

La quitina es uno de los muchos polímeros naturales. Forma un componente estructural de muchos animales, como los exoesqueletos. Con el tiempo es biodegradable en el medio natural. Su descomposición puede ser catalizada por enzimas llamadas quitinasas, secretadas por microorganismos como bacterias y hongos y producidas por algunas plantas. Algunos de estos microorganismos tienen receptores para azúcares simples provenientes de la descomposición de la quitina. Si se detecta quitina, producen enzimas para digerirla rompiendo los enlaces glucosídicos para convertirla en azúcares simples y amoníaco.

Químicamente, la quitina está estrechamente relacionada con el quitosano (un derivado de la quitina más soluble en agua). También está estrechamente relacionado con la celulosa en que es una larga cadena no ramificada de derivados de la glucosa. Ambos materiales aportan estructura y resistencia, protegiendo al organismo.

Pectinas

Las pectinas son una familia de polisacáridos complejos que contienen residuos de ácido urónico α- d -galactosil enlazados en 1,4. Están presentes en la mayoría de las paredes celulares primarias y en las partes no leñosas de las plantas terrestres.

Polisacáridos ácidos

Los polisacáridos ácidos son polisacáridos que contienen grupos carboxilo, grupos fosfato y/o grupos éster sulfúrico.

Los polisacáridos son clases principales de biomoléculas. Son cadenas largas de moléculas de carbohidratos, compuestas de varios monosacáridos más pequeños. Estas biomacromoléculas complejas funcionan como una importante fuente de energía en las células animales y forman un componente estructural de una célula vegetal. Puede ser un homopolisacárido o un heteropolisacárido dependiendo del tipo de monosacárido.

Los polisacáridos pueden ser una cadena lineal de monosacáridos conocidos como polisacáridos lineales, o pueden ser ramificados conocidos como polisacáridos ramificados.

Por samsssss

Polisacáridos bacterianos

Las bacterias patógenas suelen producir una capa espesa de polisacárido similar a una mucosa. Esta "cápsula" encubre proteínas antigénicas en la superficie bacteriana que, de lo contrario, provocarían una respuesta inmunitaria y, por lo tanto, conducirían a la destrucción de la bacteria. Los polisacáridos capsulares son solubles en agua, comúnmente ácidos y tienen pesos moleculares del orden de 100.000 a 2.000.000 daltons. Son lineales y consisten en subunidades que se repiten regularmente de uno a seis monosacáridos. Hay una enorme diversidad estructural; casi doscientos polisacáridos diferentes son producidos por E. coli solo. Las mezclas de polisacáridos capsulares, ya sean conjugados o nativos, se usan como vacunas.

Las bacterias y muchos otros microbios, incluidos los hongos y las algas, a menudo secretan polisacáridos para ayudarlos a adherirse a las superficies y evitar que se sequen. Los seres humanos han desarrollado algunos de estos polisacáridos en productos útiles, como la goma xantana, el dextrano, la goma welan, la goma gellan, la goma diutan y el pululano. Se informó que el exopolisacárido de tipo Levan producido por Pantoea agglomerans ZMR7 reduce la viabilidad de las células de rabdomiosarcoma (RD) y cáncer de mama (MDA) en comparación con las células cancerosas no tratadas. Además, tiene alta actividad antiparasitaria frente al promastigote de Leishmania tropica.

La mayoría de estos polisacáridos muestran propiedades viscoelásticas útiles cuando se disuelven en agua a niveles muy bajos. Esto hace que varios líquidos que se usan en la vida cotidiana, como algunos alimentos, lociones, limpiadores y pinturas, sean viscosos cuando están estacionarios, pero fluyen mucho más libremente cuando se aplica incluso un ligero cizallamiento revolviendo o sacudiendo, vertiendo, limpiando o cepillando. Esta propiedad se denomina pseudoplasticidad o adelgazamiento por cizallamiento; el estudio de tales materias se llama reología.

Tasa de corte (rpm)	Viscosidad (cP o mPa⋅s)
0.3	23330
0.5	16000
1	11000
2	5500
4	3250
5	2900
10	1700
20	900
50	520
100	310

Las soluciones acuosas del polisacárido solo tienen un comportamiento curioso cuando se agitan: después de que cesa la agitación, la solución inicialmente continúa girando debido al impulso, luego se detiene debido a la viscosidad e invierte la dirección brevemente antes de detenerse. Este retroceso se debe al efecto elástico de las cadenas de polisacáridos, previamente estiradas en solución, volviendo a su estado relajado.

Los polisacáridos de la superficie celular juegan diversos papeles en la ecología y fisiología bacteriana. Sirven como una barrera entre la pared celular y el medio ambiente, median en las interacciones huésped-patógeno. Los polisacáridos también juegan un papel importante en la formación de biopelículas y la estructuración de formas de vida complejas en bacterias como Myxococcus xanthus .

Estos polisacáridos se sintetizan a partir de precursores activados por nucleótidos (llamados azúcares de nucleótidos) y, en la mayoría de los casos, todas las enzimas necesarias para la biosíntesis, ensamblaje y transporte del polímero completo están codificadas por genes organizados en grupos dedicados dentro del genoma del organismo. El lipopolisacárido es uno de los polisacáridos más importantes de la superficie celular, ya que desempeña un papel estructural clave en la integridad de la membrana externa, además de ser un importante mediador de las interacciones huésped-patógeno.

Se han identificado las enzimas que producen los antígenos O de banda A (homopoliméricos) y de banda B (heteropoliméricos) y se han definido las rutas metabólicas. el alginato de exopolisacárido es un copolímero lineal de residuos de ácido d -manurónico y ácido l -gulurónico unidos a β-1,4, y es responsable del fenotipo mucoide de la enfermedad de fibrosis quística en etapa tardía. El pel y el pslloci son dos grupos de genes descubiertos recientemente que también codifican exopolisacáridos que se ha encontrado que son importantes para la formación de biopelículas. El ramnolípido es un biosurfactante cuya producción está estrechamente regulada a nivel transcripcional, pero en la actualidad no se comprende bien el papel preciso que desempeña en la enfermedad. La glicosilación de proteínas, particularmente de pilina y flagelina, se convirtió en el foco de investigación de varios grupos desde aproximadamente 2007 y se ha demostrado que es importante para la adhesión y la invasión durante la infección bacteriana.

Pruebas de identificación química para polisacáridos

Tinción de ácido peryódico de Schiff (PAS)

Los polisacáridos con dioles vecinales o aminoazúcares no protegidos (donde algunos grupos hidroxilo se reemplazan con aminas) dan una tinción de ácido peryódico de Schiff (PAS) positiva. La lista de polisacáridos que se tiñen con PAS es larga. Aunque las mucinas de origen epitelial se tiñen con PAS, las mucinas de origen tejido conjuntivo tienen tantas sustituciones ácidas que no les quedan suficientes grupos de glicol o amino-alcohol para reaccionar con PAS.