20.10: Polisacáridos

Como su nombre indica, los polisacáridos son sustancias que se acumulan por la condensación de un número muy grande de unidades de monosacáridos. La celulosa, por ejemplo, es un polímero de β-glucosa, que contiene más de 3000 unidades de glucosa en una cadena. El almidón es en gran parte un polímero de α-glucosa.

Estas dos sustancias son un ejemplo clásico de cómo una diferencia menor en el monómero puede conducir a grandes diferencias en las propiedades macroscópicas del polímero. El algodón y el papel de buena calidad son celulosa casi pura, y nos dan una buena idea de sus propiedades. La celulosa forma fibras fuertes pero flexibles y no se disuelve en agua. Por el contrario, el almidón no tiene ninguna resistencia mecánica, y algunas formas son solubles en agua. Parte de la estructura molecular de la celulosa y el almidón se muestran en la Figura \(\PageIndex{1}\).

Figura \(\PageIndex{1}\)Estructuras de (a) celulosa y (b) amilosa (almidón). Los enlaces C-O que unen unidades de glucosa se muestran en color y los enlaces de hidrógeno se muestran como líneas negras simples. Los átomos de hidrógeno se han omitido para simplificar la estructura. Observe cómo las unidades β-glucosa en celulosa forman una cadena lineal porque las manos C-O a ambos lados de la unidad de glucosa son paralelas. En la amilosa, donde α-glucosa es el monómero, la cadena se ve obligada a curvarse. Obsérvese también los numerosos enlaces de hidrógeno entre las dos cadenas de celulosa mostradas y los enlaces de hidrógeno que conectan giros sucesivos de la cadena espiral de amilosa. Cuando el yodo entra en contacto con el almidón, I ₂ moléculas pueden caber longitudinalmente dentro de la espiral de cada molécula de amilosa. El complejo almidón-yodo que resulta es responsable del color azul oscuro observado cuando el yodo entra en contacto con el almidón.

grupos en la estructura. Como consecuencia, ninguno queda expuesto al enlace de hidrógeno a moléculas solventes excepto en la superficie de la fibra. Esto explica por qué la celulosa es insoluble en agua.

Figura \(\PageIndex{1}\). Debido a que la amilosa es un polímero de α-glucosa, los enlaces C-O en cada extremo del monómero ya no son paralelos, y esto evita que formen una cadena lineal. En cambio, se produce una estructura en espiral como la que se muestra en la figura. Esta espiral se estabiliza en cierta medida por la aparición de enlaces de hidrógeno entre cada anillo de glucosa y los anillos inmediatamente por encima de él y por debajo de él en la espiral. Cada espiral contiene entre 100 y 1000 anillos de glucosa. La otra forma de almidón, la amilopectina, es también un polímero de α-glucosa pero contiene muchas cadenas ramificadas. Dado que estas ramas ocurren aleatoriamente en la molécula, la amilopectina no tiene una estructura regular general.

La celulosa y el almidón son diferentes no solo en estructura general y propiedades macroscópicas. Desde un punto de vista bioquímico se comportan de manera tan diferente que es difícil creer que ambos sean polímeros del mismo monosacárido. Las enzimas que son capaces de hidrolizar el almidón no tocarán la celulosa, y viceversa. Desde el punto de vista de una planta esto es igual de bueno ya que la celulosa constituye material estructural mientras que el almidón sirve como almacén de energía. Si no hubiera una distinción bioquímica aguda entre ambos, la necesidad de un poco más de energía por parte de la planta podría resultar en la destrucción de las paredes celulares u otros componentes estructurales necesarios.

Las bacterias, protozoos, termitas, algunas cucarachas y mamíferos rumiantes (bovinos, ovinos, etc.) son capaces de digerir la celulosa. Los mamíferos rumiantes, las termitas y las cucarachas no producen celulasa, la enzima que descompone la celulosa, sino que mantienen una relación simbiótica con bacterias en sus tripas que descomponen la celulosa para su digestión. La mayoría de los organismos, incluidos los humanos, no son capaces de digerir la celulosa, ya sea a través de sus propias enzimas o a través de una relación simbiótica con un organismo que pueda. Si nuestras enzimas digestivas pudieran hidrolizar la celulosa, los humanos tendrían disponible un suministro de alimentos mucho mayor. ¡Literalmente podríamos comer aserrín! Es posible hidrolizar la celulosa en el laboratorio ya sea con ácido fuerte o con celulasa, la enzima utilizada por las bacterias. Hasta ahora, sin embargo, tales procesos producen más caros (¡y menos sabrosos!) comida de la que ya tenemos disponible.