Polisacáridos

 ¿Qué son?

Los polisacáridos son macromoléculas formadas por la unión de numerosos monosacáridos, que son unidades de azúcar simples. Estas moléculas desempeñan un papel fundamental en el almacenamiento y suministro de energía en organismos vivos, así como en la estructura y función de diversas células y tejidos. Los almidones en plantas y el glucógeno en animales son ejemplos de polisacáridos de almacenamiento, mientras que la celulosa es un componente clave en las paredes celulares de las plantas. La diversidad en la estructura de los polisacáridos les otorga propiedades únicas, como la capacidad de formar geles o actuar como fibras dietéticas en la digestión. Estas moléculas son esenciales para la vida y tienen una variedad de roles en la biología y la química de los seres vivos.

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.

 

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.

Funciones y grupos de los polisacáridos

Según la función biológica, podemos clasificar los polisacáridos en los siguientes grupos: 

Polisacáridos de reserva: 

Los polisacáridos de reserva representan una forma de almacenar azúcares sin crear por ello un problema osmótico. La principal molécula proveedora de energía para las células de los seres vivos es la glucosa. Su almacenamiento como molécula libre, dado que es una molécula pequeña y muy soluble, daría lugar a severos problemas osmóticos y de viscosidad, incompatibles con la vida celular. Los organismos mantienen entonces sólo mínimas cantidades, y muy controladas, de glucosa libre, prefiriendo almacenarla como polímero. La concentración osmótica depende del número de moléculas, y no de su masa, así que la célula puede, de esta forma, almacenar enormes cantidades sin problemas.

Es de destacar que los polisacáridos de reserva no juegan el mismo papel en organismos inmóviles y pasivos, como plantas y hongos, que en los animales. Éstos no almacenan más que una pequeña cantidad de glucógeno, que sirve para asegurar un suministro permanente de glucosa disuelta.

Polisacáridos estructurales:

Se trata de glúcidos que participan en la construcción de estructuras orgánicas. Los más importantes son los que constituyen la parte principal de la pared celular de plantas, hongos y otros organismo eucarióticos osmótrofos, es decir, que se alimentan por absorción de sustancias disueltas. Éstos no tienen otra manera más económica de sostener su cuerpo, que envolviendo a sus células con una pared flexible pero resistente, contra la que oponen la presión osmótica de la célula, logrando así una solución del tipo que en biología se llama esqueleto hidrostático.

La celulosa es el más importante de los polisacáridos estructurales. Es el principal componente de la pared celular en las plantas, y la más abundante de las biomoléculas que existen en el planeta.

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 polisacarídicas en microorganismos) o adhesión a superficies (ejemplo: la formación de biofilmes o biopelículas, al actuar como una especie de pegamento). 

Se distinguen dos tipos de polisacáridos según su composición:

Homopolisacáridos: están formados por la repetición de un monosacárido.

Heteropolisacáridos: están formados por la repetición ordenada de un disacárido formado por dos 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.

Constitución de los polisacáridos

Están constituidos por un gran número de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos, formando largas cadenas. Los polisacáridos pueden ser homopolímeros, cuando la unidad repetitiva es un solo tipo de monosacárido, o heteropolímeros, cuando las unidades repetitivas están constituidas al menos por dos monómeros diferentes, un ejemplo es el ácido hialurónico, formado por los monómeros N-acetilglucosamina y el ácido glucurónico. El ácido hialurónico se encuentra en el tejido conectivo donde actúa como pegamento para mantener unidas las células, es de importancia para el ensamble en el tejido conjuntivo y óseo.

Los polisacáridos más importantes presentes en la naturaleza son la celulosa, el almidón y el glucógeno, todos ellos homopolímeros formados por glucosa. 

Ejemplos de polisacáridos

Celulosa: El biopolímero más abundante del mundo, se compone de uniones de glucosa que le permiten formar fibras densas, de las cuales se componen las paredes celulares de las plantas y vegetales. Se encuentra en la madera y sobre todo en el algodón (en estado puro).

Almidón: Es una macromolécula de polisacáridos y uno de los alimentos más ingeridos por el hombre a partir de las plantas.

Glucógeno: Formado por cadenas de glucosa, es el principal polisacárido de reserva energética de los animales, alojado en la musculatura y en menor medida en el hígado. Se reduce a glucosa por hidrólisis en situaciones de necesidad energética.

Quitina: Polisacárido rico en nitrógeno, presente en la estructura de los hongos y los exoesqueletos de los artrópodos. Es el polímero natural más abundante del mundo después de la celulosa.

Agar o agar-agar: Polisacárido sulfatado presente en los sargazos y algas pardas, posee ciertos usos medicinales para el hombre.

Xilano: Otro polisacárido muy abundante, funge de sustancia de soporte y almacenamiento vegetal, sobre todo como hemicelulosa.

Peptidoglucano: Conocido como mureína, es un copolímero muy resistente, que garantiza la estructura celular en numerosas bacterias.

Fructosano: Se trata de un polímero formado por moléculas de fructosa, presente en plantas, hongos y bacterias.

Heparina: Anticoagulante presente en la sangre y tejidos circulatorios, es un polisacárido sulfatado muy usado en la medicina.

Función de los polisacáridos en los seres vivos

Son una importante reserva de energía de los seres vivos. El almidón y el glucógeno, formados por moléculas de glucosa, cumplen esa función de reserva energética en los vegetales y en los animales respectivamente.

Cumplen funciones estructurales en las células y en los tejidos de los seres vivos; por ejemplo, la celulosa forma parte fundamental de la pared de las células vegetales. La quitina se encuentra en los caparazones de insectos y crustáceos, así como en los hongos. También tienen importantes funciones fisiológicas y metabólicas: forman parte de la membrana celular, e intervienen en las conexiones entre células, y actúan en el metabolismo, sobre todo aportando energía química para el funcionamiento de las células.

sensaciones de cuerpo y volumen en boca, disminuyendo la astringencia y aumentando su persistencia y equilibrio. Por otro lado, estabilizan la fracción aromática y retardan su percepción (postgusto). Asimismo, confieren estabilidad tartárica (bloquean las reacciones de cristalización), proteica y de materia colorante (interacción con taninos y proteínas). Los polisacáridos en vino terminado se suman a las propias lías de fermentación cuando se desea incrementar la participación de estas moléculas en las sensaciones sápidas del vino. También pueden sustituir a las lías de fermentación en aquellos casos en que éstas no tengan la calidad sensorial o microbiológica necesaria (aromas a reducción, elevada acidez volátil, procedentes de uva a final de vendimia, procedentes de paradas de fermentación, vendimias poco sanas, etc). Otra función de los polisacáridos es durante la preparación del embotellado de los vinos, cuando se requiere un incremento de estructura y cuerpo, limar cierta astringencia tánica o atenuar el impacto excesivo de la madera. Durante la segunda fermentación en botella, al aumentar el volumen de las lías se incrementa el efecto de la crianza en rima, mejorando las sensaciones de volumen en boca, la intensidad aromática característica y contribuyendo a una mayor persistencia de la espuma.

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

Propiedades

Insolubles en agua

Los polisacáridos son insolubles en agua debido a la naturaleza de los enlaces glucosídicos que los unen. Los enlaces glucosídicos son enlaces covalentes que se forman entre los grupos hidroxilo de dos monosacáridos. Estos enlaces son fuertes y resisten la separación de las moléculas de agua.

Sin embargo, los polisacáridos pueden formar dispersiones coloidales en agua. En una dispersión coloidal, las partículas del polisacárido están dispersas en agua, pero no se disuelven por completo. Las dispersiones coloidales de polisacáridos se utilizan en una variedad de aplicaciones, como la industria alimentaria, la farmacéutica y la cosmética.

De alto peso molecular

Los polisacáridos tienen un peso molecular muy elevado. Este alto peso molecular se debe al gran número de unidades de monosacáridos que forman el polisacárido. Por ejemplo, el almidón, un polisacárido de reserva energética que se encuentra en las plantas, tiene un peso molecular de aproximadamente 1 millón.

El alto peso molecular de los polisacáridos les confiere una serie de propiedades, como la resistencia mecánica y la capacidad de formar estructuras complejas.

De naturaleza hidrofílica

Los polisacáridos tienen grupos hidroxilo en su estructura. Estos grupos son capaces de interactuar con las moléculas de agua mediante enlaces de hidrógeno. Las interacciones de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de los polisacáridos y las moléculas de agua son responsables de la solubilidad de los polisacáridos en agua.

Además, las interacciones de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de los polisacáridos contribuyen a la formación de estructuras complejas, como la pared celular de las plantas.

Las propiedades de los polisacáridos se relacionan con sus funciones:

La insolubilidad de los polisacáridos en agua es importante para su función de reserva energética. La insolubilidad de los polisacáridos impide que sean digeridos por las enzimas digestivas, lo que les permite almacenarse en el organismo sin ser utilizados.

El alto peso molecular de los polisacáridos es importante para su función estructural. El alto peso molecular de los polisacáridos les confiere la resistencia mecánica necesaria para formar estructuras complejas, como la pared celular de las plantas.

La naturaleza hidrofílica de los polisacáridos es importante para su función de reconocimiento celular. Los grupos hidroxilo de los polisacáridos se pueden utilizar para formar enlaces con otras moléculas, como las proteínas. Estos enlaces permiten a las células reconocerse entre sí.