martes, 3 de noviembre de 2009

Glúcidos II: Polisacáridos

Los monosacáridos ciclados tienen capacidad de reaccionar entre sí formando un enlace llamado glucosídico. La reacción tiene lugar entre dos grupos hidroxilo de moléculas distintas, siendo preciso que uno de esos grupos sea el de un carbono anomérico (el penúltimo carbono asimétrico, que se había unido previamente al grupo carbonilo para que tuviera lugar la ciclación). Como resultado de esta reacción se obtiene una nueva molécula, formada por dos monosacáridos, que recibe el nombre de disacárido.

En la mayoría de los casos, en este enlace solo participa uno de los carbonos anoméricos, por lo que el compuesto resultante sigue teniendo un carbono capaz de reaccionar del mismo modo. Estos azúcares se denominan reductores (porque la reacción es de tipo redox), y tienen la característica de poder formar cadenas de monosacáridos unidos entre sí por el mismo tipo de enlaces. Si el número de monosacáridos que forman el compuesto final es conocido, este tipo de sustancias se nombran utilizando un prefijo que lo indica (disacáridos, trisacáridos...), si es un número pequeño pero indeterminado reciben el nombre de oligosacáridos, y si la molécula está formada por un gran número de monosacáridos recibe el nombre de polisacárido.

El carbono anomérico es asimétrico, y puede encontrarse en dos configuraciones: α y β. Esto tiene importancia en la formación del enlace, ya que su estructura es diferente en un caso o en otro, como se observa en la figura inferior. En ella se observa, en primer lugar, la reacción que da lugar al enlace glucosídico. El carbono anomérico que participa en esa reacción es el de la molécula de la izquierda. Las otras dos imágenes muestran las dos posibles configuraciones del enlace: en el primer caso un enlace α, y en el segundo uno β. Se observa también la forma en la que se identifica el enlace: conformación (α ó β), número del carbono de la primera molécula que interviene (generalmente el carbono 1) y número del carbono de la segunda molécula. Por lo tanto, el enlace formado en el segundo caso es α(1→6), mientras que la tercera imagen muestra un enlace β(1→4).


El hecho de que un enlace glucosídico sea α ó β tiene una importancia mucho mayor de la que podría parecer a primera vista: el tipo de enlace determina la estructura tridimensional de la molécula que se forma, y esto supone que los organismos las tratan de forma diferente; los animales somos capaces de utilizar moléculas con enlaces α, pero no podemos aprovechar las que tienen los enlaces β.

Disacáridos de importancia biológica

Existe una multitud de disacáridos diferentes en la naturaleza, aunque los que se encuentran en los seres vivos con mayor frecuencia son los siguientes:

Disacárido
Estructura
Papel biológico
Sacarosa
β-D-Fructosa (2→1) α-D-Glucosa
Azúcar vegetal
(azúcar de mesa)
Maltosa
α-D-Glucosa (1→4) α-D-Glucosa
Almidón, glucógeno
Lactosa
β-D-Galactosa (1→4) α-D-Glucosa
Azúcar de la leche
Celobiosa
β-D-Glucosa(1→4) β-D-Glucosa
Celulosa

Oligosacáridos

Los oligosacáridos están formados por unas pocas unidades de monosacáridos que, generalmente, forman cadenas ramificadas. Esto hace que, utilizando unos pocos monosacáridos diferentes puedan construirse moléculas con una gran variedad de formas tridimensionales, lo que es aprovechado por la célula para utilizarlos en funciones de identificación y reconocimiento intercelular. En general, los oligosacáridos se encuentran unidos a otros tipos de moléculas, que suelen ser proteínas (glucoproteínas) o lípidos (glucolípidos). La siguiente figura muestra la gran variedad de estructuras que pueden obtenerse con unos pocos monosacáridos.




Estos oligosacáridos se disponen, en la mayor parte de los casos, en la superficie exterior de la membrana celular.


Polisacáridos

Los polisacáridos son el resultado de la unión de un gran número de moléculas de monosacáridos (en general, por encima de 1000) formando cadenas lineales o, más habitualmente, ramificadas. Los monosacáridos que forman parte de un polisacárido pueden ser todos iguales entre sí, en cuyo caso se dice que es un homopolisacárido, o bien pueden ser de varios tipos, hablándose entonces de heteropolisacáridos.

Hay varios monosacáridos que forman polisacáridos, tanto homogéneos como heterogéneos, aunque como el monosacárido más común es la glucosa, sus polímeros también son los polisacáridos más habituales. Existen varios polisacáridos formados por glucosa:
  • La celulosa es un homopolisacárido formado por moléculas de β-D-glucosa unidas entre sí por enlaces 1→4.  Esta sustancia es una de las más abundantes en la naturaleza, ya que forma la mayor parte de las paredes celulares vegetales. Tiene, por lo tanto, una función estructural. La configuración de sus enlaces implica que no puede ser hidrolizada por los animales, de modo que no podemos digerirla al consumirla en la dieta. A pesar de ello, su consumo es fundamental porque facilita el paso de los restos digeridos de los alimentos a lo largo del intestino y la formación de las heces. Es el principal constituyente de la fibra vegetal a la que se hace referencia en nutrición.
  • El almidón es otro homopolisacárido de glucosa, también de origen vegetal. A diferencia de la celulosa, el almidón está formado por moléculas de α glucosa, con enlaces entre los carbonos 1 y 4 a lo largo de la cadena. El almidón también presenta ramificaciones, con enlaces entre el carbono 1 de una glucosa y el 6 de otra. La función biológica del almidón es servir como sustancia de reserva en vegetales: la glucosa es el principal combustible metabólico de la célula; su degradación es el modo en el que las células obtienen energía habitualmente. Sin embargo, si existiera una gran cantidad de glucosa disuelta en el citoplasma se incrementaría exageradamente la osmolaridad, provocando graves problemas. En vez de esto, las células unen entre sí una gran cantidad de glucosas para formar una molécula de almidón, que no es soluble sino que forma un coloide o, incluso, se almacena en forma de gránulos. De esta forma, la célula puede mantener la concentración intracelular de sustancias en un valor aceptable, al mismo tiempo que disponer de una gran cantidad de glucosa muy fácilmente utilizable.
  • El glucógeno es un polisacárido de α glucosa con enlaces α(1→4) y ramificaciones α(1→6). Es, por lo tanto, estructuralmente idéntico al almidón, salvo por su grado de ramificación: el glucógeno es más ramificado y compacto. Se encuentra solo en las células animales, en las que realiza el mismo tipo de funciones que el almidón en las vegetales. Gracias a que los enlaces en estas moléculas son de tipo α, los animales podemos metabolizarlas con facilidad.
Las siguientes imágenes muestran las diferencias entre los diferentes polisacáridos de glucosa. En la primera se esquematizan sus estructuras, mientras que en la segunda se aprecia la diferencia entre la forma tridimensional de la celulosa (izquierda) y del almidón.




El aprovechamiento del almidón en el tubo digestivo se consigue gracias a su hidrólisis progresiva. En una primera fase, la rotura de la molécula de almidón da lugar a otros polisacáridos de menor tamaño: la amilosa es una cadena lineal, no ramificada, de moléculas de glucosa unidas por enlaces α(1→4), mientras que los fragmentos donde quedan las ramificaciones forman otro polisacárido llamado amilopectina, aunque hay que tener claro que estas moléculas solo se forman durante la digestión. La prolongación de la hidrólisis da lugar a la formación de una mezcla de disacáridos (maltosa) y trisacáridos (maltotriosa).

Otros polisacáridos de interés biológico son los siguientes:
  • Los dextranos son polisacáridos que sirven como moléculas de reserva de energía en levaduras. Están formados por moléculas de glucosa unidas mediante enlaces α(1→6), con ramificaciones cuya posición varía de unas especies a otras.
  • La quitina es un homopolisacárido que tiene como monómero un aminoglucósido (una sustancia derivada de un monosacárido), la N-acetilglucosamina. Las moléculas que lo forman se unen entre sí mediante enlaces β(1→4). Es el constituyente de los caparazones de los insectos y de la pared celular de los hongos.



En cuanto a los heteropolisacáridos, los más conocidos son los siguientes:
  • Ácido hialurónico: está formado por dos tipos de derivados de monosacáridos, N-acetilglucosamina y ácido D-glucorónico, dispuestos alternativamente a lo largo de la cadena. Se encuentra en las articulaciones y en el tejido conjuntivo.
  • Pectinas y hemicelulosas son heteropolisacáridos de diferentes azúcares, que aparecen como componentes minoritarios de la pared celular vegetal.
  • Agar-agar, diferentes tipos de gomas, heparina (el anticoagulante de nuestro sistema circulatorio), aminoglucanos...
Holósidos y heterósidos

Los polímeros de glúcidos pueden unirse, además, a otros tipos de sustancias para formar lo que se conoce como heterósidos, en contraposición a los holósidos, formados exclusivamente por monosacáridos. La unión de glúcidos (en particular de oligosacáridos) y proteínas da lugar a una familia de compuestos conocida como glucoproteínas. Del mismo modo, la unión de oligosacáridos a lípidos da lugar a glucolípidos. La mayoría de los heterósidos están implicados en procesos de reconocimiento entre células del mismo organismo.

Funciones de los glúcidos

Los glúcidos pueden realizar diferentes tipos de funciones dentro del organismo. Las más importantes son:
  • Función energética: su oxidación total o parcial es una reacción exotérmica, que puede ser utilizada por la célula para obtener energía que empleará en otros procesos metabólicos. Los monosacáridos (en especial la glucosa y la fructosa) proporcionan esta energía rápidamente: su degradación a través de la glucolisis o de la respiración celular es el proceso que la célula utiliza habitualmente para sintetizar ATP. Los polisacáridos (glucógeno en las células animales, almidón en las vegetales y dextranos en levaduras) actúan como auténticas reservas energéticas, que pueden ser movilizadas y utilizadas por la célula rápidamente en caso de necesidad, razón por la cual el almidón se encuentra en órganos de reserva vegetales (como la patata) o en las semillas, mientras que el glucógeno es abundante en las células musculares (que deben afrontar, en ciertas ocasiones, demandas elevadas de energía) o en el hígado (una de cuyas funciones consiste en proporcionar combustible, en forma de glucosa, al resto de los tejidos del organismo).
  • Muchos glúcidos son intermediarios metabólicos. Esto significa que muchos de los compuestos intermedios que se utilizan en diferentes rutas metabólicas que permiten sintetizar otras sustancias celulares (nucleótidos, aminoácidos...) son glúcidos o derivados de ellos.
  • Realizan también otras funciones metabólicas complementarias, ayudando a que otras moléculas desempeñen sus propias funciones. Este es el caso, por ejemplo, de la vitamina C (ácido ascórbico, un derivado de un monosacárido) que actúa como antioxidante.
  • Participan en todos los procesos de reconocimiento y señalización, tanto en el interior como en el exterior de las células. Dentro de una célula, sirven para indicar el compartimento celular al que tiene que dirigirse una molécula determinada. En el exterior de la célula facilitan el reconocimiento de unas células por parte de otras, permitiendo la discriminación entre los elementos propios y ajenos al organismo. Esta función es desempeñada, fundamentalmente, por oligosacáridos, en particular formando parte de heterósidos.
  • Función estructural: muchos glúcidos forman parte de macromoléculas o de estructuras que proporcionan soporte mecánico a las células, por ejemplo la pared celular de los vegetales, de los hongos o de las bacterias. Esta función es desempeñada tanto por monosacáridos como por polisacáridos. Entre los monosacáridos, la ribosa y la desoxirribosa forman parte del esqueleto de los ácidos nucleicos. Entre los polisacáridos, muchos de ellos intervienen en estructuras de soporte celular, como paredes: celulosa, hemicelulosas, pectinas, agar-agar...