Los exoesqueletos de los insectos están hechos de una sustancia llamada quitina, las paredes de las bacterias, de mureína (también conocida como peptidoglucano o peptidoglicano), algunos anticoagulantes del sistema circulatorio, de heparina y el agar-agar es un extracto de las algas rojas que tiene una amplia variedad de aplicaciones medicinales e industriales. ¿Crees que estas sustancias tan diversas podrían tener algo en común? Pues ¡todas ellas son polisacáridos! Carbohidratos de gran tamaño formados por pequeñas unidades repetitivas de monosacáridos y/o disacáridos.
- Este artículo trata sobre los polisacáridos.
- Primero, veremos la definición de los polisacáridos.
- Luego, veremos la relación entre monosacárido, disacáridos y polisacáridos.
- Continuaremos con la estructura de los polisacáridos.
- También veremos los tipos de polisacáridos que existen.
- Después, desglosaremos las propiedades de los polisacáridos.
- Por último, estudiaremos ejemplos de los polisacáridos más comunes como el almidón, la celulosa y el gucó
¿Qué son los polisacáridos?
Los polisacáridos (poly significa "muchos") son los polímeros de los carbohidratos, hidratos de carbono o glúcidos. A su vez, los monosacáridos y disacáridos son, respectivamente, los monómeros y los dímeros de los carbohidratos. Por ende, los monosacáridos son las unidades estructurales de los polisacáridos.
Carbo- viene de carbono e -hidrato de agua, nombre relacionado con los 3 elementos principales que los componen: carbono, hidrógeno y oxígeno.
Fig. 1: Los monómeros y dímeros son las moléculas simples de los carbohidratos y se denominan monosacáridos y disacáridos. Las moléculas de los carbohidratos, o polímeros formados por estos monómeros, se denominan polisacáridos.
Los polisacáridos son macromoléculas (moléculas muy grandes), que se forman mediante un proceso denominado polimerización.
La polimerización consiste en la unión sucesiva de monómeros, denominados monosacáridos, mediante enlaces glicosídicos o glucosídicos, para formar polímeros, denominados polisacáridos.
Monosacáridos, disacáridos y polisacáridos
Vamos a comparar brevemente los monosacáridos, disacáridos y polisacáridos.
Los monosacáridos son azúcares sencillos, con un esqueleto de, aproximadamente, entre 3 a 8 carbonos. Son los carbohidratos más simples, por lo tanto, no pueden hidrolizarse, es decir, no pueden reaccionar con el agua para descomponerse en carbohidratos más pequeños.
Fig. 2: Los monosacáridos se condensan para formar disacáridos (reacción hacia la derecha) y, de modo contrario, los disacáridos se hidrolizan para descomponerse en monosacáridos (reacción hacia la izquierda).
Cuando se establece un enlace glicosídico o glucosídico entre dos monosacáridos se forman los disacáridos. El enlace glicosídico se forma por una reacción de condensación, donde uno de los monosacáridos pierde un hidrógeno (H) y el otro pierde un grupo hidroxilo (OH), por lo que se libera una molécula de agua (H2O). Entonces, el oxígeno restante (el que perdió su H) se comparte entre ambas moléculas, por lo que estas se unen o se condensan.
Este enlace se llama específicamente O-glicosídico u O-glucosídico debido a que los monosacáridos quedan unidos por un oxígeno (O). Los azúcares de los ácidos nucleicos establecen enlaces glicosídicos similares, sin embargo estos tienen unas sutiles diferencias por las que se denominan enlaces N-glicosídicos u N-glucosídicos. Para aprender sobre estos enlaces, visita Ácidos nucleicos y Estructura de los ácidos nucleicos.
Un enlace glicosídico o glucosídico es un tipo de enlace químico que se forma entre dos monosacáridos. Son responsables de la formación de disacáridos y polisacáridos.
De manera inversa, los disacáridos se descomponen o hidrolizan al adicionar una molécula de agua en una reacción de hidrólisis, el enlace que une a los monosacáridos constituyentes se rompe y estos vuelven a su forma individual.
Los disacáridos son dulces, solubles en agua y forman cristales blancos. En la siguiente tabla, verás algunos de los disacáridos más conocidos y usados en la industria alimenticia, así como los monosacáridos que los constituyen y su origen.
Disacáridos | Monosacáridos | Origen |
Sacarosa | Glucosa + fructosa | Vegetal |
Lactosa | Galactosa + glucosa | Animal (mamíferos) |
Maltosa | Glucosa + glucosa | Vegetal |
Tabla 1: Ejemplos de los disacáridos más conocidos, los monosacáridos que los forman y en qué organismos se encuentran. Finalmente, los polisacáridos son compuestos orgánicos formados por múltiples moléculas de monosacáridos y/o disacáridos. Tienen una estructura compleja con cientos o miles de monosacáridos unidos. Por eso se denominan hidratos de carbono complejos. La figura a continuación muestra solo una pequeña fracción de una larga cadena de polisacárido. Compara con los monosacáridos individuales y el disacárido.
Los enlaces glicosídicos entre los monómeros que conforman los polisacáridos se forman y se destruyen de la misma forma que en los disacáridos, mediante las reacciones de condensación e hidrólisis respectivamente.
Estructura de los polisacáridos
Vimos que cuando dos monosacáridos se unen, forman disacáridos. Cuando más de dos monosacáridos (generalmente cientos o miles) se unen, forman polisacáridos. Entonces, los monosacáridos son las unidades estructurales de los polisacáridos. Los polisacáridos son moléculas de gran longitud y peso molecular que, en base a su estructura, cumplen principalmente dos funciones celulares de gran importancia: algunos son reservas energéticas y otros son estructuras de soporte.
Fig. 3: Enlaces 1,4 y 1,6 glicosídicos en el polisacárido glucógeno. Los enlaces 1,4 glicosídicos le confieren a la molécula una estructura lineal, en cambio, los enlaces 1,6 glicosídicos establecen puntos de ramificación de la cadena.
La estructura de los polisacáridos depende mucho del tipo de enlace que une a sus componentes. Estos enlaces se pueden formar en lugares diferentes de la estructura, dando lugar a enlaces como los 1,4-glicosídicos o los 1,6-glicosídicos:
Los enlaces 1,4-glicosídicos se forman entre el primer átomo de carbono de un monosacárido y en el cuarto átomo de carbono del otro monosacárido. Estos enlaces forman una cadena no ramificada de polisacárido.
Los enlaces 1,6-glicosídicos se forman cuando la estructura del polisacárido tiene ramificaciones. Se forman entre el primer átomo de carbono de un monosacárido y el sexto átomo de carbono de otro.
Tipos de polisacáridos
Los polisacáridos llamados holósidos pueden estar compuestos o bien por un único tipo de monosacáridos, o bien por diferentes tipos de estos monómeros. En función de esta característica, los tipos de polisacáridos se clasifican en homopolisacáridos y heteropolisacáridos, respectivamente. En la tabla a continuación, encontrarás algunas particularidades de cada uno de estos:
| Homopolisacáridos | Heteropolisacáridos |
Definición | Son polisacáridos constituidos por un único tipo de monosacáridos | Son polisacáridos constituidos por más de un tipo de monosacáridos |
Función | Reserva energética y soporte estructural | Soporte estructural |
Ejemplos | Almidón, glucógeno, celulosa, quitina | Hemicelulosa, Ácido hialurónico, Condroitina, Heparina |
Tabla 2: Tipos de polisacáridos. Definición, función y ejemplos de los homopolisacáridos y heteropolisacáridos.
Glucósidos o heterósidos
Los monosacáridos no sólo se unen entre ellos para formar polisacáridos, también pueden unirse a otros tipos de moléculas para formar glucósidos, también llamados heterósidos.
Los glucósidos o heterósidos son el resultado de la unión de carbohidratos o glúcidos, generalmente monosacáridos o un disacárido, con un grupo funcional de diferente naturaleza química mediante un enlace glicosídico.
Dentro de los glucósidos, el glúcido se denomina glicona y el grupo funcional que no es un glúcido se denomina aglicona o genina del glucósido.
Estas moléculas están presentes principalmente en las plantas y cumplen una variedad de funciones esenciales para el funcionamiento de los seres vivos.
Propiedades de los polisacáridos
Al ser macromoléculas, constituidas por numerosos monosacáridos, los polisacáridos presentan las siguientes propiedades:
A diferencia de los disacáridos, no tienen sabor dulce y son, de hecho, insaboros.
No se disuelven en agua, es decir, son hidrofóbicos.
Aunque no producen soluciones propiamente dichas, si pueden formar dispersiones coloidales.
No tienen poder reductor, o sea, no tienen la capacidad de donar electrones a otras moléculas.
Tienen un gran peso y tamaño molecular.
El hecho de que los polisacáridos sean insolubles significa que no se difunden fuera de las células. Esto los convierte en un excelente compuesto de almacenamiento ya no afecta a la ósmosis celular.
Ejemplos de polisacáridos
Entre los polisacáridos más importantes que podemos encontrar en plantas y animales están el almidón, el glucógeno y la celulosa.
| Almidón | Glucógeno | Celulosa |
Amilosa | Amilopectina | | |
Organismos | Plantas | Plantas | Animales | Plantas |
Unidades de glucosa | α-glucosa | α-glucosa | α-glucosa | β-glucosa |
Enlaces glicosídicos | 1,4 | 1,4 y 1,6 | 1,4 y 1,6 | 1,4 |
Estructura | Cadena en espiral | Ramificada | Muy ramificada | Cadena lineal |
Función | Almacenamiento de energía | Almacenamiento de energía | Soporte estructural |
Tabla 3: Ejemplos de polisacáridos animales y vegetales, qué tipo de unidades de glucosa y enlaces glicosídicos los forman y su estructura y función.
Almidón
Las plantas producen su propia glucosa por medio de la fotosíntesis. Utilizan la glucosa para varios procesos celulares importantes, y todas las moléculas de glucosa no utilizadas se almacenan en forma de almidón. Por eso decimos que el almidón sirve de almacenamiento de energía en las plantas. Se almacena en forma de pequeños granos en diferentes partes de la planta.
El almidón que se almacena en las raíces y los bulbos de las plantas es una fuente de energía durante los meses de invierno.
El almidón es un polisacárido de origen vegetal formado por moléculas de α-glucosa.
El almidón está compuesto a su vez por dos tipos de polímeros de glucosa: la amilosa, en un 25%, y la amilopectina, en un 75%.
Las dos se clasifican como polisacáridos.
Los alimentos ricos en almidón son las patatas, el pan, la pasta, el arroz y los cereales. Algunos ejemplos de cereales son el cuscús, el trigo y la avena.
La estructura del almidón hace posible varias funciones:
El almidón es compacto debido a las estructuras enrolladas y ramificadas de la amilosa y la amilopectina. Esto significa que las diminutas células vegetales pueden almacenarlo fácilmente en grandes cantidades.
Durante la hidrólisis, una estructura ramificada como el almidón puede liberar fácilmente pequeñas moléculas de glucosa desde los extremos de sus ramas (principalmente en la amilopectina).
Glucógeno
El glucógeno es un polisacárido de origen animal formado por moléculas de α-glucosa.
Los animales y los humanos consumimos plantas y recibimos una gran cantidad de energía proveniente del almidón para nuestras propias actividades celulares, aunque no almacenamos el exceso de glucosa como almidón sino como glucógeno.
El glucógeno es un polisacárido muy ramificado, incluso más que la amilopectina. Fíjate en las ramas de la estructura, así como en la posición de los enlaces glucosídicos 1,4 y 1,6.
El glucógeno suele almacenarse en el hígado y los músculos. Al igual que el almidón, se hidroliza cuando se necesita energía para diversos procesos.
El glucógeno que se almacena en el hígado se utiliza para regular la concentración de glucosa en sangre. En los músculos, es importante para la contracción muscular. Sirve como fuente de energía de rápida liberación durante la actividad física.
El consumo de frutas, verduras con almidón y cereales integrales puede provocar la acumulación de glucógeno.
El glucógeno es compacto, incluso más que el almidón. Esto lo convierte en un gran compuesto de almacenamiento porque puede almacenarse en espacios pequeños y en grandes cantidades. La estructura ramificada permite que las moléculas de glucosa del extremo de las ramificaciones pueden liberarse rápidamente durante la hidrólisis.
Celulosa
La celulosa es un polisacárido de origen vegetal formado por moléculas de β-glucosa.
Recuerda: El almidón y el glucógeno tienen moléculas de α-glucosa.
Las moléculas de β-glucosa forman una cadena larga y recta. Por lo tanto, la celulosa no está ramificada ni enrollada. Una de cada dos unidades de β-glucosa está invertida, o "al revés". Estas moléculas de β-glucosa están unidas por enlaces 1,4-glicosídicos. Las cadenas largas de moléculas de β-glucosa están unidas por enlaces de hidrógeno. Los enlaces de hidrógeno son débiles por sí solos, pero cuando hay muchos, como en la celulosa, crean una estructura firme. Observa la posición del grupo y de los átomos de hidrógeno y oxígeno.
Fig. 5: La celulosa es un polisacárido de origen vegetal con una estructura de cadena larga y recta.
Debido a sus largas y fuertes cadenas, las moléculas de celulosa pueden "apilarse" unas sobre otras, unidas por enlaces de hidrógeno, para formar unas fibrillas muy resistentes pero extremadamente pequeñas llamadas microfibrillas. Varias microfibrillas se unen luego para formar las fibras que construyen las paredes celulares de las células vegetales.
La celulosa es importante en las células vegetales porque proporciona un soporte estructural crucial en las paredes celulares, ya que las hace rígidas, no flexibles. Esto significa que las células quedan estructuralmente intactas durante la ósmosis, lo que es importante, puesto que las células estallarían si hubiera demasiada agua en su interior sin un fuerte soporte estructural. La celulosa también ayuda a que los tallos de las plantas se mantengan erguidos.
Algunos animales, por ejemplo el ganado, pueden digerir la celulosa (¡gracias a los microorganismos en su sistema digestivo!) y utilizar sus unidades de glucosa como fuente de energía. Los humanos no podemos digerir la celulosa y no la utilizamos como fuente de energía (aunque sí al almidón). Sin embargo, es una fuente importante de fibra, significativa para la digestión.
Polisacáridos - Puntos clave
- Los polisacáridos son los polímeros (poly significa "muchos") de los carbohidratos, hidratos de carbono o glúcidos (biomoléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno).
Los polisacáridos (polímeros) se forman por polimerización que consiste en la unión sucesiva de muchos monosacáridos (monómeros) mediante enlaces glicosídicos o glucosídicos. Estos enlaces se forman mediante reacciones de condensación y se destruyen por hidrólisis.
Los polisacáridos pueden estar compuestos, o bien por un único tipo de monosacáridos (homosacáridos), o bien por diferentes tipos de estos monómeros (heterosacáridos).
Algunas propiedades químicas de los polisacáridos son:
Son insaboros.
Pueden formar dispersiones coloidales.
No se disuelven en agua.
No tienen poder reductor.
Tienen un gran peso y tamaño molecular.
Los polisacáridos más importantes que podemos encontrar en plantas y animales son: el almidón, el glucógeno y la celulosa.
El almidón es un polisacárido de origen vegetal que cumple una función de almacenamiento de energía.
El glucógeno es un polisacárido de origen animal que cumple una función de almacenamiento de energía.
La celulosa es un polisacárido de origen vegetal que cumple una función estructural.
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