Bioquímica de los Polisacáridos: Estructura, Enlaces y Funciones de Reserva y Soporte Biológico

Introducción a los Polisacáridos y sus Enlaces Glucosídicos

Los polisacáridos pueden contener enlaces glucosídicos tipo alfa ($\alpha$) o beta ($\beta$). Los enlaces $\alpha$ son más débiles, se rompen y se forman con gran facilidad, por lo que se encuentran en los polisacáridos con función de reserva, como el almidón o el glucógeno. El enlace tipo $\beta$ es mucho más estable y resistente, por lo que es característico de polisacáridos con función estructural, como es el caso de la celulosa.

Homopolisacáridos Estructurales (Anómeros en Beta)

La función principal de los homopolisacáridos estructurales es proporcionar soporte y protección a diversas estructuras y organismos.

Celulosa

La celulosa es un polímero lineal de moléculas de $\beta$-D-glucosa con enlaces $\beta(1-4)$. Entre las moléculas de glucosa de una misma cadena se establecen enlaces de hidrógeno intracatenarios, y se mantienen estrechamente unidas unas con otras mediante puentes de hidrógeno intercatenarios. Esta configuración confiere a la celulosa una estructura de gran resistencia.

La organización estructural de la celulosa sigue una jerarquía:

• La unión de unas 60 o 70 cadenas de celulosa forma la llamada micela de celulosa.
• La asociación de 20 o 30 micelas da lugar a una microfibrilla.
• Las microfibrillas se pueden unir con otras para originar fibras de diferente grosor que forman capas o láminas de dirección alternante y constituyen el entramado esencial de la pared celular vegetal.

La celulosa es insoluble en agua y solo puede ser hidrolizada totalmente a glucosa por algunas enzimas específicas (celulasas) producidas por microorganismos.

Quitina

La quitina es un polímero lineal de N-acetil-$eta$-D-glucosamina con enlaces $\beta(1-4)$. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Su estructura es similar a la de la celulosa. Se piensa que el exoesqueleto de quitina es una de las claves del gran éxito evolutivo de los artrópodos.

Homopolisacáridos de Reserva (Anómeros en Alfa)

Almidón

El almidón es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales. Está formado por una mezcla de dos componentes con diferentes estructuras:

1. Amilosa: Constituida por cadenas largas no ramificadas de moléculas de $\alpha$-D-glucosa unidas mediante enlaces $\alpha(1-4)$, que adoptan un arrollamiento helicoidal.
2. Amilopectina: Muy ramificada, con un esqueleto de monómeros de $\alpha$-D-glucosa con uniones $\alpha(1-4)$ y puntos de ramificación con enlaces $\alpha(1-6)$ cada 15 o 30 monómeros.

El almidón se encuentra en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganos de reserva de las plantas. El almidón se hidroliza por enzimas específicas llamadas amilasas:

• La $\alpha$-amilasa hidroliza al azar los enlaces $\alpha(1-4)$ del interior de las cadenas de amilosa y amilopectina, liberando glucosa y maltosa.
• La $\beta$-amilasa comienza a hidrolizar por los extremos no reductores, rindiendo maltosa.

Los fragmentos que contienen las ramificaciones requieren, además, de enzimas desramificadoras capaces de hidrolizar el enlace $\alpha(1-6)$, que tampoco es atacado por las amilasas. El almidón es abundante en la dieta de numerosos seres vivos y constituye la base de la dieta de la mayor parte de la humanidad.

Glucógeno

El glucógeno es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Su constitución es similar a la de las cadenas de amilopectina con enlaces $\alpha(1-4)$, aunque posee más ramificaciones en $\alpha(1-6)$; aproximadamente una cada ocho o doce monómeros. Se almacena en forma de gránulos en el hígado y en el músculo esquelético, rindiendo gran cantidad de glucosa cuando se requiere.

Dextranos

Los dextranos son polímeros de $\alpha$-D-glucosa con enlaces distintos de los $\alpha(1-4)$ del glucógeno y el almidón, y presentan múltiples ramificaciones. Según las especies, las ramificaciones pueden ser en $\alpha(1-2)$, $\alpha(1-3)$, $\alpha(1-4)$ o $\alpha(1-6)$.