UNIDAD II. Polisacáridos.

 

Polisacáridos

La mayoría de glúcidos naturales se encuentran en forma de polisacáridos, polímeros de medio a alto peso molecular, otra forma de llamarlos es con el nombre de glucanos.

Existen dos versiones, los homopolisacáridos que contiene un único tipo de monómeros y los heteropolisacáridos, estos contienen dos o más tipos de monómeros.

Algunos homopolisacáridos son formas de almacenamiento de monosacáridos que se usan como combustible biológico;  el almidón y el glucógeno son homopolisacáridos de este tipo. Otros homopolisacáridos, por ejemplo la celulosa y la quitina, actúan como elementos estructurales en las paredes celulares de plantas y en el exoesqueleto de algunos animales.

Los heteropolisacáridos proporcionan soporte extracelular a organismos de todos los reinos. Por ejemplo, la capa rígida de la envoltura de la célula bacteriana está compuesta en parte por un heteropolisacárido formado por unidades alternantes de monosacáridos. En los  tejidos animales, el espacio extracelular se encuentra ocupado por diversos tipos de heteropolisacáridos, que forman una matriz que mantiene unidad a las células individuales y proporcionan protección, forma y soporte a células, tejidos y órganos.

A diferencia de las proteínas, los polisacáridos no suelen tener masas moleculares definidas. Ello se debe a los diferentes mecanismos de formación de los dos tipos de polímeros. No hay molde para la síntesis de polisacáridos, en lugar de ello, el programa para la síntesis de polisacáridos depende tan solo de los enzimas que catalizan la polimerización de las unidades monoméricas, y no hay un punto específico para la finalización del proceso de síntesis; así, los productos son de longitud variable.

Los homopolisacáridos como almacenamiento de combustible.

Los polisacáridos de reserva más importantes son el almidón de las células vegetales y el glucógeno de las células animales. Ambos polisacáridos se encuentran en el interior de la célula formando agregados o gránulos. Las moléculas de almidón y glucógeno están muy hidratadas porque tienen muchos grupos hiroxilo expuestos que pueden formar enlaces de hidrogeno con el agua. La mayor parte de las células vegetales tienen capacidad para sintetizar almidón, pero el almacenamiento de este compuesto es especialmente abundante en tubérculos, tales como la patata y en las semillas. El glucógeno es especialmente abundante en el hígado, donde puede llegar a representar el 7% de su peso, también se encuentra en el musculo esquelético.

El almidón contiene dos tipos de polímero de glucosa, la amilosa y la amilopectina.

 La amilosa consiste en cadenas largas y sin ramificar de residuos de D- glucosa, conectadas por enlaces (α1-4). Estas cadenas oscilan entre una masa molecular de unos pocos miles a más de un millón.

La amilopectina también posee una elevada masa molecular, pero a diferencia de la amilosa, esa muy ramificada. Los enlaces glucosìdicos, que unen residuos sucesivos de glucosa en las cadenas de amilopectina, son del tipo (αà 4); los puntos de ramificación, presentes cada 24 a 30 residuos) son enlaces (α 1-6)

El glucógeno es el polisacárido de reserva más importante en las células animales. Al igual que la amilopectina, el glucógeno es un polímero con subunidades de glucosa unidas por enlaces (α 1-4) y con ramificaciones del tipo (α 1-6), pero el glucógeno está más ramificado, cada 8 a 12 residuos, y es más compacto que el almidón.

En los hepatocitos el glucógeno está en forma de gránulos de gran tamaño, que son agrupaciones de gránulos más pequeños compuestos por moléculas individuales de glucógeno altamente ramificadas, con una masa molecular de varios millones. Los grandes gránulos de glucógeno también contienen los enzimas responsables de sus síntesis y degradación.

Puesto que cada rama de glucógeno, termina con un azúcar no reductor, una molécula de glucógeno con n ramas, tiene n+1 extremos no reductores, pero únicamente un extremo reductor. Cuando el glucógeno se emplea como fuente de energía, las unidades de glucosa son eliminadas de una en una de los extremos no reductores. Los enzimas degradativos que actúan solamente sobre los extremos no reductores pueden actuar simultáneamente en muchas ramas, aumentando la velocidad de conversión del polímero en monosacáridos.

Los dextranos son polisacáridos de poli-D-glucosa unida por enlaces (α1-6), presentes en bacterias y levaduras; todos tienen ramificaciones (α1-3) y algunos también (α 1-2) o (α 1-4). La placa dental, producida por las bacterias que crecen en la superficie de los dientes, es rica en dextranos que son adhesivos y permiten que las bacterias se unan a los dientes y entre sí.

Función estructural de los homopolisacáridos.

Al igual que la amilosa, la celulosa es una molécula lineal no ramificada formada por unas 10,000 a 15,000 unidades de D-glucosa. Pero hay una diferencia muy importante, los residuos de glucosa de la celulosa tienen configuración Beta, están unidos por enlaces glucosìdicos (β1-4). Esta diferencia hace que las moléculas individuales de celulosa y amilosa se plieguen en el espacio de manera diferente, dándoles estructuras y propiedades físicas muy diferentes.

La quitina es un homopolisacárido lineal compuesto por residuos de N-acetilglucosamina, unidos por enlaces (β- Φ4). La única diferencia química con respecto a la celulosa es el cambio del grupo hidroxilo en carbono 2 por un grupo amino acetilado.

 

Los factores estéricos y los puentes de hidrogeno contribuyen al plegamiento de los homopolisacáridos.

Los homopolisacáridos se pliegan en tres dimensiones. Al tener los polisacáridos tantos grupos hidroxilo, los puentes de hidrogeno tienen una especial importancia en su estructura.

El glucógeno, el almidón y la celulosa están formados por subunidades de piranosa, los cuales forman anillos de seis átomos, lo mismo que los oligosacáridos de la glucoproteínas y los glucolípidos. Tales moléculas pueden representarse como una serie de anillos rígidos de piranosa conectados por un átomo de oxigeno que une dos átomos de carbono, da lugar al enlace glucosÌdico. En principio, hay libertad de rotación en torno a los enlaces carbono-oxigeno que unen los residuos, aunque puede estar limitada.

La estructura tridimensional más estable, de las cadenas unidas por enlaces (α1- Φ4) del almidón y el glucógeno, es una espiral compacta estabilizada por puentes de hidrógeno intercatenarios. En la amilosa no ramificada, ésta estructura es suficientemente regular pata permitir su cristalización.

La conformación más estable de la celulosa es aquella en que cada silla experimenta una rotación de 180º en relación con sus vecinas, lo cual genera una cadena extendida recta. Todos los grupos –OH están disponibles para formar puentes de hidrogeno con cadenas vecinas.

Las paredes celulares de algas y bacterias contienen heteropolisacaridos estructurales

El componente rígido de las paredes celulares bacterianas, el peptidoglucano, es un heteropolímero de unidades N-acetilglucosamina y acido N-acetilmuramico alternadas, unidas por enlaces beta.

Algunas algas rojas marinas, tienen paredes celulares que contienen agar, una mezcla de heteropolisacaridos sulfatados, formados por D-galactosa y un derivado de L-galactosa. Es una mezcla compleja de polisacáridos, todos con la misma estructura troncal, pero con diferentes grados de sustitución por sulfatos y piruvato. La agarosa es el componente del agar con menos grupos cargados. Cuando se caliente una suspensión de agarosa en agua y a continuación se enfría, la agarosa forma una doble hélice, con dos moléculas en orientación paralela que se enrollan una en torno de la otra con una periodicidad helicoidal de tres residuos; la cavidad central retiene moléculas de agua. Estas estructuras se asocian entre sí para formar un gel.

Los geles de agarosa se usan como soporte inerte para la separación electroforética de ácidos nucleicos.

Los glucosaminoglucanos son heteropolisacáridos de la matriz extracelular

La membrana basal es una matriz extracelular especializada que subyace en las células epiteliales; está formada por colágenos, lamininas y heteropolisacáridos. Los glucosaminoglucanos, son una familia de polímeros lineales, compuestos por unidades repetitivas de disacárido. Se encentran únicamente en animales y bacterias, pero no en los vegetales. Uno de los dos monosacáridos es siempre la N-acetilgalactosamina; el otros es, en la mayor parte de casos, un ácido urónico, generalmente el ácido D-glucuronico o el L-iduronico. Algunos glucosaminoglucano, contienen grupos sulfato esterificados. La combinación de estos y los grupos carboxilato de los residuos de ácido urónico hace que los glucosaminoglucanos tengan una elevada densidad de carga negativa. 

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Polisacáridos. ¿Qué son?