Polisacáridos: tipos, estructura y funciones biológicas (almidón, celulosa, GAGs)

Polisacáridos

Características Generales

Los polisacáridos están formados por la unión de un número muy elevado de monosacáridos (desde cientos hasta miles) mediante enlaces O-glucosídicos.

Debido a su elevado peso molecular, los polisacáridos forman dispersiones coloidales en el agua o bien son insolubles en ella. Dado que la mayor parte de los carbonos anoméricos de sus monosacáridos constituyentes están implicados en los enlaces O-glucosídicos, los polisacáridos generalmente no tienen poder reductor, o este es muy limitado (solo el extremo con un carbono anomérico libre, si lo hay, sería reductor).

Clasificación

1. Homopolisacáridos

Se forman por la repetición del mismo tipo de monosacárido.

• Almidón

  Es el polisacárido de reserva energética principal en los vegetales (presente en tubérculos, semillas, bulbos). Por hidrólisis completa, proporciona glucosa. Está formado por dos tipos de polisacáridos:

  • Amilosa: Constituida por largas cadenas lineales de unidades de α-D-glucosa unidas por enlaces α(1→4). Estas cadenas no son rectas, sino que adoptan una estructura helicoidal. La hidrólisis parcial de la amilosa produce maltosa (un disacárido de dos unidades de glucosa).
  • Amilopectina: Es un polímero ramificado de α-D-glucosa. Las cadenas lineales están formadas por enlaces α(1→4), pero también presenta ramificaciones cada 24-30 residuos de glucosa, mediante enlaces α(1→6).

  El almidón está constituido aproximadamente por un 20% de amilosa y un 80% de amilopectina.

• Glucógeno

  Es un polímero de α-D-glucosa con una estructura similar a la amilopectina, con cadenas unidas por enlaces α(1→4) y ramificaciones mediante enlaces α(1→6). Sin embargo, el glucógeno presenta más ramificaciones que la amilopectina (cada 8-12 residuos de glucosa). Es el polisacárido de reserva energética en los animales, almacenándose principalmente en el hígado y en el músculo.

• Dextrano

  Es un polímero de α-D-glucosa, donde el enlace predominante en la cadena principal es α(1→6). Puede presentar ramificaciones mediante enlaces α(1→2), α(1→3) o α(1→4), según la especie. Es el polisacárido de reserva energética de levaduras y bacterias. Algunos dextranos tienen aplicaciones médicas (expansores del plasma) o industriales.

• Celulosa

  Es un polímero lineal de unidades de β-D-glucosa unidas por enlaces β(1→4). Tiene una función estructural fundamental, siendo el componente principal de la pared celular de los vegetales. Estos enlaces β(1→4) son hidrolizados por enzimas llamadas celulasas, presentes en determinados microorganismos (protozoos y bacterias) que a menudo viven en simbiosis con animales herbívoros. Forma la pared celular de los vegetales junto a la hemicelulosa, pectinas y la lignina (un polímero fenólico complejo).

• Pectina

  Es un polímero complejo, cuyo componente principal es el ácido D-galacturónico (a menudo esterificado con metanol, formando ácido metil-D-galacturónico) unido por enlaces α(1→4). Tiene una función estructural, formando parte de la lámina media y la pared celular primaria de los vegetales. Posee un notable poder gelificante (aglutinante) y se utiliza industrialmente para formar mermeladas y jaleas.

• Quitina

  Es un polímero lineal de N-acetil-β-D-glucosamina unido por enlaces β(1→4). Tiene una función estructural, siendo el componente principal del exoesqueleto de artrópodos y de la pared celular de los hongos.

2. Heteropolisacáridos

Están formados por la unión de dos o más tipos diferentes de monosacáridos o derivados de monosacáridos.

• Hemicelulosa

  Es un grupo heterogéneo de polisacáridos que acompañan a la celulosa en la pared celular de las células vegetales. Están formados por la repetición de diferentes monosacáridos, como xilosa, arabinosa, manosa y galactosa.

• Agar-agar

  Es un heteropolisacárido complejo extraído de algas rojas. Está formado principalmente por D-galactosa y 3,6-anhidro-L-galactosa, con algunos residuos sulfatados. Forma parte de la pared celular de las algas. Se utiliza como agente gelificante en medios de cultivo microbiológicos y en la industria alimentaria.

• Gomas

  Son sustancias viscosas y complejas segregadas por las plantas, a menudo como respuesta a heridas. Están formadas por diversos monosacáridos como arabinosa, galactosa, ramnosa y ácidos urónicos (como el ácido glucurónico).

• Glucosaminoglucanos (GAGs) o Mucopolisacáridos

  Son polímeros lineales largos y no ramificados, formados por unidades repetitivas de disacáridos. Uno de los azúcares del disacárido es siempre un aminoazúcar (N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina) y el otro suele ser un ácido urónico (ácido D-glucurónico o ácido L-idurónico). Se encuentran principalmente en la matriz extracelular de los tejidos animales. Si están unidos covalentemente a proteínas, se denominan proteoglucanos.

  • Ácido Hialurónico

    Es un GAG no sulfatado, un polímero de unidades disacáridas de ácido D-glucurónico y N-acetil-D-glucosamina, unidos por enlaces β(1→3) y β(1→4) alternativamente. Es un componente importante del líquido sinovial, humor vítreo y la matriz extracelular del tejido conectivo. Generalmente no está sulfatado.

  • Heparina

    Es un GAG altamente sulfatado con potentes propiedades anticoagulantes. Es un polímero complejo y heterogéneo formado principalmente por unidades repetitivas de ácido D-glucurónico (o su epímero C5, ácido L-idurónico) y D-glucosamina, con diversos grados de sulfatación (N-sulfato, O-sulfato) y N-acetilación. Se encuentra en los gránulos de los mastocitos.

Compuestos Glucídicos Complejos (Heterósidos)

Los heterósidos (o glucósidos) son compuestos formados por una parte glucídica (un glúcido o varios unidos) y una parte no glucídica, denominada aglucón o genina.

• Peptidoglucano (Mureína)

  Es un heteropolímero complejo que forma el componente estructural principal de la pared bacteriana, proporcionándole rigidez. Constituye aproximadamente el 80% de la pared de las bacterias Gram-positivas y alrededor del 10-20% en las Gram-negativas.

  Está compuesto por cadenas lineales de polisacáridos formadas por la alternancia de dos derivados de aminoazúcares: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces β(1→4). Al grupo lactilo del ácido N-acetilmurámico se une una cadena peptídica corta (generalmente un tetrapéptido).

  La estructura es rígida porque se establecen enlaces cruzados (puentes peptídicos) entre las cadenas peptídicas de cadenas de polisacáridos adyacentes.

• Proteoglucanos

  Los proteoglucanos están formados por una proteína central (core protein) a la cual se unen covalentemente una o más cadenas de glucosaminoglucanos (excepto el ácido hialurónico, que no se une covalentemente a proteínas para formar proteoglucanos, sino que puede interactuar con ellos). Son componentes mayoritarios de la matriz extracelular y de las superficies celulares, desempeñando funciones estructurales, de hidratación, lubricación y señalización. Algunos proteoglucanos, como el agrecano, pueden asociarse no covalentemente a una larga cadena de ácido hialurónico para formar grandes agregados macromoleculares.

• Glucolípidos y Glucoproteínas

  Son componentes importantes de las membranas celulares.

  • Glucolípidos: Lípidos que contienen una o más unidades de monosacáridos unidos covalentemente.
  • Glucoproteínas: Proteínas que contienen cadenas de oligosacáridos (glucanos) unidos covalentemente a cadenas laterales de aminoácidos.

  En ambos casos, la porción glucídica suele estar orientada hacia el exterior de la célula, participando en el reconocimiento celular, adhesión y como receptores.