Definición de Polisacárido
Un polisacárido es una molécula grande hecha de muchos monosacáridos más pequeños. Los monosacáridos son azúcares simples, como la glucosa. Unas enzimas especiales unen estos pequeños monómeros creando grandes polímeros de azúcar, o polisacáridos. Un polisacárido también se denomina glicano. Un polisacárido puede ser un homopolisacárido, en el que todos los monosacáridos son iguales, o un heteropolisacárido en el que los monosacáridos varían. Dependiendo de los monosacáridos que se conecten, y de los carbonos que se conecten en los monosacáridos, los polisacáridos adoptan una variedad de formas. Una molécula con una cadena recta de monosacáridos se denomina polisacárido lineal, mientras que una cadena que tiene brazos y vueltas se conoce como polisacárido ramificado.
Funciones de un polisacárido
Dependiendo de su estructura, los polisacáridos pueden tener una gran variedad de funciones en la naturaleza. Algunos polisacáridos se utilizan para almacenar energía, otros para enviar mensajes celulares y otros para proporcionar soporte a las células y tejidos.
Almacenamiento de energía
Muchos polisacáridos se utilizan para almacenar energía en los organismos. Mientras que las enzimas que producen energía sólo actúan sobre los monosacáridos almacenados en un polisacárido, los polisacáridos suelen plegarse y pueden contener muchos monosacáridos en una zona densa. Además, como las cadenas laterales de los monosacáridos forman el mayor número posible de enlaces de hidrógeno entre sí, el agua no puede penetrar en las moléculas, lo que las hace hidrofóbicas. Esta propiedad permite que las moléculas permanezcan juntas y no se disuelvan en el citosol. Esto reduce la concentración de azúcar en una célula, y así se puede absorber más azúcar. Los polisacáridos no sólo almacenan la energía, sino que permiten cambios en el gradiente de concentración, lo que puede influir en la captación celular de nutrientes y agua.
Comunicación celular
Muchos polisacáridos se convierten en glucoconjugados cuando se unen covalentemente a proteínas o lípidos. Los glicolípidos y las glicoproteínas pueden utilizarse para enviar señales entre y dentro de las células. Las proteínas que se dirigen a un orgánulo específico pueden ser «marcadas» por ciertos polisacáridos que ayudan a la célula a trasladarlas a un orgánulo específico. Los polisacáridos pueden ser identificados por proteínas especiales, que ayudan a unir la proteína, la vesícula u otra sustancia a un microtúbulo. El sistema de microtúbulos y proteínas asociadas dentro de las células puede llevar cualquier sustancia a su lugar de destino una vez etiquetada por polisacáridos específicos. Además, los organismos pluricelulares cuentan con sistemas inmunitarios impulsados por el reconocimiento de glicoproteínas en la superficie de las células. Las células de un mismo organismo producirán polisacáridos específicos con los que adornar sus células. Cuando el sistema inmunitario reconoce otros polisacáridos y glicoproteínas diferentes, se pone en marcha y destruye las células invasoras.
Soporte celular
De lejos, una de las mayores funciones de los polisacáridos es la de soporte. Todas las plantas de la Tierra se sostienen, en parte, gracias al polisacárido celulosa. Otros organismos, como los insectos y los hongos, utilizan la quitina como soporte de la matriz extracelular que rodea sus células. Un polisacárido puede mezclarse con cualquier otro componente para crear tejidos más rígidos, menos rígidos o incluso materiales con propiedades especiales. Entre la quitina y la celulosa, ambos polisacáridos formados por monosacáridos de glucosa, los organismos vivos crean cada año cientos de miles de millones de toneladas. Todo, desde la madera de los árboles hasta los caparazones de las criaturas marinas, está producido por alguna forma de polisacárido. Simplemente reordenando la estructura, los polisacáridos pueden pasar de ser moléculas de almacenamiento a moléculas fibrosas mucho más fuertes. La estructura de anillo de la mayoría de los monosacáridos ayuda a este proceso, como se ve a continuación.
Estructura de un polisacárido
Todos los polisacáridos se forman mediante el mismo proceso básico: los monosacáridos se conectan a través de enlaces glucosídicos. En un polisacárido, los monosacáridos individuales se conocen como residuos. A continuación se muestran algunos de los muchos monosacáridos creados en la naturaleza. Dependiendo del polisacárido, cualquier combinación de ellos puede combinarse en serie.
La estructura de las moléculas que se combinan determina las estructuras y propiedades del polisacárido resultante. La compleja interacción entre sus grupos hidroxilos (OH), otros grupos laterales, las configuraciones de las moléculas y las enzimas implicadas afectan al polisacárido resultante producido. Un polisacárido utilizado para el almacenamiento de energía facilitará el acceso a los monosacáridos, manteniendo una estructura compacta. Un polisacárido utilizado como soporte se suele ensamblar como una larga cadena de monosacáridos, que actúa como una fibra. Muchas fibras juntas producen enlaces de hidrógeno entre las fibras que fortalecen la estructura general del material, como se ve en la imagen siguiente.
Los enlaces glucosídicos entre los monosacáridos consisten en una molécula de oxígeno que hace de puente entre dos anillos de carbono. El enlace se forma cuando un grupo hidroxilo se pierde del carbono de una molécula, mientras que el hidrógeno se pierde por el grupo hidroxilo de otro monosacárido. El carbono de la primera molécula sustituirá al oxígeno de la segunda molécula como propio, y se forma el enlace glucosídico. Como se expulsan dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno, la reacción produce también una molécula de agua. Este tipo de reacción se denomina reacción de deshidratación, ya que se elimina el agua de los reactivos.
Ejemplos de un polisacárido
Celulosa y quitina
La celulosa y la quitina son ambos polisacáridos estructurales que consisten en muchos miles de monómeros de glucosa combinados en largas fibras. La única diferencia entre los dos polisacáridos son las cadenas laterales unidas a los anillos de carbono de los monosacáridos. En la quitina, los monosacáridos de glucosa se han modificado con un grupo que contiene más carbono, nitrógeno y oxígeno. La cadena lateral crea un dipolo que aumenta el enlace de hidrógeno. Mientras que la celulosa puede producir estructuras duras como la madera, la quitina puede producir estructuras aún más duras, como la concha, la piedra caliza e incluso el mármol cuando se comprime.
Ambos polisacáridos se forman como cadenas largas y lineales. Estas cadenas forman largas fibras, que se depositan fuera de la membrana celular. Ciertas proteínas y otros factores contribuyen a que las fibras adopten una forma compleja, que se mantiene gracias a los enlaces de hidrógeno entre las cadenas laterales. Así, las simples moléculas de glucosa que antes se utilizaban para almacenar energía pueden convertirse en moléculas con rigidez estructural. La única diferencia entre los polisacáridos estructurales y los de almacenamiento son los monosacáridos utilizados. Al cambiar la configuración de las moléculas de glucosa, en lugar de un polisacárido estructural, la molécula se ramifica y almacena muchos más enlaces en un espacio más pequeño. La única diferencia entre la celulosa y el almidón es la configuración de la glucosa utilizada.
Glicógeno y almidón
Probablemente los polisacáridos de almacenamiento más importantes del planeta, el glucógeno y el almidón son producidos por animales y plantas, respectivamente. Estos polisacáridos se forman a partir de un punto de partida central, y en espiral hacia fuera, debido a sus complejos patrones de ramificación. Con la ayuda de varias proteínas que se adhieren a los polisacáridos individuales, las grandes moléculas ramificadas forman gránulos o racimos. Esto puede verse en la imagen de abajo de las moléculas de glucógeno y las proteínas asociadas, que se ven en el centro.
Cuando se descompone una molécula de glucógeno o de almidón, las enzimas responsables comienzan en los extremos más alejados del centro. Esto es importante, ya que notará que debido a la extensa ramificación sólo hay 2 puntos de partida, pero muchos extremos. Esto significa que los monosacáridos pueden ser extraídos rápidamente del polisacárido y ser utilizados como energía. La única diferencia entre el almidón y el glucógeno es el número de ramificaciones que se producen por molécula. Esto se debe a que diferentes partes de los monosacáridos forman enlaces y a que diferentes enzimas actúan sobre las moléculas. En el glucógeno se produce una bifurcación cada 12 residuos aproximadamente, mientras que en el almidón sólo se produce una bifurcación cada 30 residuos.
- Monosacárido – La unidad más pequeña de moléculas de azúcar, o un monómero de azúcar.
- Monómero – Una entidad única que puede combinarse para formar una entidad mayor, o polímero.
- Polímero – Incluye proteínas, polisacáridos y muchas otras moléculas que existen de unidades más pequeñas combinadas entre sí.
- Polipéptido – Un polímero de monómeros de aminoácidos, también llamado proteína.
Quiz
1. Si hace tiempo que no te cepillas los dientes, es posible que notes que empieza a acumularse algo de placa amarilla. Parte de la placa está formada por dextranos, o polisacáridos que las bacterias utilizan para almacenar energía. ¿De dónde obtienen las bacterias los monosacáridos para crear estos polisacáridos?
A. Los sintetizan a partir de la luz solar.
B. Los crean a partir de su código genético.
C. Los recogen de los restos de comida que ingieres.
2. Las plantas producen tanto el almidón amilosa, como el polímero estructural celulosa, a partir de unidades de glucosa. La mayoría de los animales no pueden digerir la celulosa. Incluso los rumiantes, como el ganado, no pueden digerir la celulosa y dependen de organismos internos simbióticos para romper los enlaces de la celulosa. Sin embargo, todos los mamíferos producen amilasa, una enzima que puede romper la amilosa. ¿Por qué la amilasa no puede romper los enlaces de la celulosa?
A. La celulosa y la amilosa son estructuralmente diferentes, y la amilasa no reconoce la celulosa.
B. Los enlaces glicosídicos de la celulosa son más fuertes.
C. La matriz extracelular creada por la celulosa no puede descomponerse.
3. El hialuronano es una molécula que se encuentra en las articulaciones de los vertebrados y que proporciona soporte creando una matriz gelatinosa para amortiguar los huesos. El hialuronano se crea a partir de varios monosacáridos diferentes unidos en largas cadenas. ¿Cuál de las siguientes opciones describe el hialuronano?
1. Homopolisacárido
2. Heteropolisacárido
3. Polímero
4. Monómero
A. Todos ellos
B. 1, 3
C. 2, 3