Polisacáridos

Como su nombre indica, los polisacáridos son grandes moléculas de alto peso molecular construidas por la unión de unidades de monosacáridos mediante enlaces glucosídicos. A veces se les llama glicanos. Los compuestos más importantes de esta clase, la celulosa, el almidón y el glucógeno, son todos polímeros de glucosa. Esto se demuestra fácilmente mediante una hidrólisis catalizada por ácido hasta llegar al monosacárido. Dado que la hidrólisis parcial de la celulosa da cantidades variables de celobiosa, concluimos que las unidades de glucosa de esta macromolécula están unidas por enlaces beta-glicosídicos entre los sitios C-1 y C-4 de los azúcares adyacentes. La hidrólisis parcial del almidón y el glucógeno produce el disacárido maltosa junto con los dextranos de bajo peso molecular, polisacáridos en los que las moléculas de glucosa están unidas por enlaces alfa-glicosídicos entre C-1 y C-6, además de los enlaces alfa C-1 a C-4 que se encuentran en la maltosa. Los polisacáridos construidos a partir de otros monosacáridos (por ejemplo, manosa, galactosa, xilosa y arabinosa) también son conocidos, pero no se discutirán aquí.

Más de la mitad del carbono orgánico total en la biosfera de la Tierra está en la celulosa. Las fibras de algodón son esencialmente celulosa pura, y la madera de los arbustos y de los árboles tiene aproximadamente un 50% de celulosa. Como polímero de glucosa, la celulosa tiene la fórmula (C6H10O5)n donde n oscila entre 500 y 5.000, dependiendo de la fuente del polímero. Las unidades de glucosa de la celulosa están unidas de forma lineal, como se muestra en el siguiente dibujo. Los enlaces beta-glicosídicos permiten que estas cadenas se estiren, y esta conformación está estabilizada por enlaces de hidrógeno intramoleculares. Los enlaces de hidrógeno intermoleculares también favorecen una orientación paralela de las cadenas adyacentes. Aunque un enlace de hidrógeno individual es relativamente débil, muchos de estos enlaces actuando conjuntamente pueden dar gran estabilidad a ciertas conformaciones de moléculas grandes. La mayoría de los animales no pueden digerir la celulosa como alimento, y en la dieta de los seres humanos esta parte de nuestra ingesta vegetal funciona como forraje y se elimina prácticamente sin cambios. Algunos animales (la vaca y las termitas, por ejemplo) albergan microorganismos intestinales que descomponen la celulosa en nutrientes monosacáridos mediante el uso de enzimas beta-glicosidasas.

La celulosa suele ir acompañada de un polímero amorfo, ramificado y de menor peso molecular llamado hemicelulosa. A diferencia de la celulosa, la hemicelulosa es estructuralmente débil y se hidroliza fácilmente con ácidos o bases diluidos. Además, muchas enzimas catalizan su hidrólisis. Las hemicelulosas están compuestas por muchos azúcares D-pentosa, siendo la xilosa el componente principal. A menudo están presentes la manosa y el ácido mannurónico, así como la galactosa y el ácido galacturónico.

El almidón es un polímero de glucosa que se encuentra en las raíces, rizomas, semillas, tallos, tubérculos y cormos de las plantas, en forma de gránulos microscópicos con formas y tamaños característicos. La mayoría de los animales, incluidos los humanos, dependen de estos almidones vegetales para alimentarse. La estructura del almidón es más compleja que la de la celulosa. Los gránulos intactos son insolubles en agua fría, pero molerlos o hincharlos en agua caliente los hace estallar.

El almidón liberado consta de dos fracciones. Alrededor del 20% es un material soluble en agua llamado amilosa. Las moléculas de amilosa son cadenas lineales de varios miles de unidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos alfa C-1 a C-4. Las soluciones de amilosa son en realidad dispersiones de micelas helicoidales hidratadas. La mayor parte del almidón es una sustancia de peso molecular mucho más elevado, formada por casi un millón de unidades de glucosa, y denominada amilopectina. Las moléculas de amilopectina son redes ramificadas construidas a partir de enlaces glucosídicos C-1 a C-4 y C-1 a C-6, y son esencialmente insolubles en agua. Arriba se muestran fórmulas estructurales representativas de la amilosa y la amilopectina. La ramificación en este diagrama es exagerada, ya que, en promedio, las ramificaciones sólo se producen cada veinticinco unidades de glucosa.

La hidrólisis del almidón, generalmente mediante reacciones enzimáticas, produce un líquido almibarado compuesto en gran parte por glucosa. Cuando el almidón de maíz es la materia prima, este producto se conoce como jarabe de maíz. Se utiliza ampliamente para suavizar la textura, añadir volumen, impedir la cristalización y mejorar el sabor de los alimentos. El glucógeno es el polímero de almacenamiento de glucosa utilizado por los animales. Tiene una estructura similar a la de la amilopectina, pero está aún más ramificado (aproximadamente cada décima unidad de glucosa). El grado de ramificación de estos polisacáridos puede medirse mediante análisis enzimáticos o químicos.