20.7: Algunos polisacáridos importantes a base de glucosa

Objetivos de aprendizaje

• Comparar y contrastar las estructuras y usos del almidón, glucógeno y celulosa.

Los polisacáridos son los carbohidratos más abundantes en la naturaleza y cumplen una variedad de funciones, como el almacenamiento de energía o como componentes de las paredes celulares de la planta. Los polisacáridos son polímeros muy grandes compuestos de decenas a miles de monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos. Los tres polisacáridos más abundantes son almidón, glucógeno y celulosa. Estos tres son referidos como homopolímeros porque cada uno produce solo un tipo de monosacárido (glucosa) después de la hidrólisis completa. Los heteropolímeros pueden contener ácidos de azúcar, aminoazúcares o sustancias no carbohidratadas además de monosacáridos. Los heteropolímeros son de naturaleza común (gomas, pectinas y otras sustancias) pero no se discutirán más en este libro de texto. Los polisacáridos son carbohidratos no reductores, no son de sabor dulce y no se someten a mutarotación.

Almidón

El almidón es la fuente más importante de carbohidratos en la dieta humana y representa más del 50% de nuestra ingesta de carbohidratos. Ocurre en plantas en forma de gránulos, y estos son particularmente abundantes en semillas (especialmente los granos de cereales) y tubérculos, donde sirven como forma de almacenamiento de carbohidratos. La descomposición del almidón a glucosa nutre a la planta durante periodos de actividad fotosintética reducida. A menudo pensamos en la papa como un alimento “almidonado”, sin embargo, otras plantas contienen un porcentaje mucho mayor de almidón (papas 15%, trigo 55%, maíz 65% y arroz 75%). El almidón comercial es un polvo blanco.

El almidón es una mezcla de dos polímeros: amilosa y amilopectina. Los almidones naturales consisten en aproximadamente 10% — 30% de amilosa y 70% — 90% de amilopectina. La amilosa es un polisacárido lineal compuesto enteramente por unidades de D-glucosa unidas por los enlaces α-1,4-glicosídicos que vimos en la maltosa (parte (a) de la Figura\(\PageIndex{1}\)). La evidencia experimental indica que la amilosa no es una cadena lineal de unidades de glucosa sino que está enrollada como un resorte, con seis monómeros de glucosa por giro (parte (b) de la Figura\(\PageIndex{1}\)). Cuando se enrolla de esta manera, la amilosa tiene suficiente espacio en su núcleo para acomodar una molécula de yodo. El característico color azul-violeta que aparece cuando el almidón es tratado con yodo se debe a la formación del complejo amiloza-yodo. Esta prueba de color es lo suficientemente sensible como para detectar cantidades incluso diminutas de almidón en solución.

Figura\(\PageIndex{1}\): Amilosa. (a) La amilosa es una cadena lineal de unidades α-D-glucosa unidas por enlaces α-1,4-glicosídicos. b) Debido a los enlaces de hidrógeno, la amilosa adquiere una estructura espiral que contiene seis unidades de glucosa por turno.

La amilopectina es un polisacárido de cadena ramificada compuesto por unidades de glucosa unidas principalmente por enlaces α-1,4-glicosídicos pero con enlaces α-1,6-glicosídicos ocasionales, los cuales son responsables de la ramificación. Una molécula de amilopectina puede contener muchos miles de unidades de glucosa con puntos de ramificación que ocurren aproximadamente cada 25—30 unidades (Figura\(\PageIndex{2}\)). La estructura helicoidal de la amilopectina se ve alterada por la ramificación de la cadena, por lo que en lugar del color azul-violeta profundo que da la amilosa con yodo, la amilopectina produce un marrón rojizo menos intenso.

Figura\(\PageIndex{2}\): Representación de la ramificación en amilopectina y glucógeno. Tanto la amilopectina como el glucógeno contienen puntos de ramificación que están unidos a través de enlaces α-1,6-. Estos puntos de ramificación ocurren con mayor frecuencia en el glucógeno.

Las dextrinas son polisacáridos de glucosa de tamaño intermedio. El brillo y rigidez impartida a la ropa por el almidón se deben a la presencia de dextrinas que se forman cuando se plancha la ropa. Debido a su característica adherencia con la humectación, las dextrinas se utilizan como adhesivos en sellos, sobres y etiquetas; como aglutinantes para sujetar píldoras y tabletas juntas; y como pastas. Las dextrinas se digieren más fácilmente que el almidón y, por lo tanto, se utilizan ampliamente en la preparación comercial de alimentos infantiles.

La hidrólisis completa del almidón produce, en etapas sucesivas, glucosa:

almidón → dextrinas → maltosa → glucosa

En el cuerpo humano, varias enzimas conocidas colectivamente como amilasas degradan el almidón secuencialmente en unidades de glucosa utilizables.

• Glucógeno

  El glucógeno es el carbohidrato de reserva energética de los animales. Prácticamente todas las células de mamíferos contienen algunos carbohidratos almacenados en forma de glucógeno, pero es especialmente abundante en el hígado (4% — 8% en peso de tejido) y en las células del músculo esquelético (0.5% — 1.0%). Al igual que el almidón en las plantas, el glucógeno se encuentra como gránulos en células hepáticas y musculares. Al ayunar, los animales aprovechan estas reservas de glucógeno durante el primer día sin alimentos para obtener la glucosa necesaria para mantener el equilibrio metabólico.

  El glucógeno es estructuralmente bastante similar a la amilopectina, aunque el glucógeno es más ramificado (8—12 unidades de glucosa entre ramas) y las ramas son más cortas. Cuando se trata con yodo, el glucógeno le da un color marrón rojizo. El glucógeno se puede descomponer en sus subunidades de D-glucosa por hidrólisis ácida o por las mismas enzimas que catalizan la descomposición del almidón. En animales, la enzima fosforilasa cataliza la descomposición del glucógeno a ésteres de fosfato de glucosa.

  Alrededor del 70% del glucógeno total en el cuerpo se almacena en las células musculares. Si bien el porcentaje de glucógeno (en peso) es mayor en el hígado, la masa mucho mayor del músculo esquelético almacena una mayor cantidad total de glucógeno.

  Celulosa

  La celulosa, un carbohidrato fibroso que se encuentra en todas las plantas, es el componente estructural de las paredes celulares vegetales. Debido a que la tierra está cubierta de vegetación, la celulosa es el más abundante de todos los carbohidratos, representando más del 50% de todo el carbono que se encuentra en el reino vegetal. Las fibrillas de algodón y el papel de filtro son casi en su totalidad celulosa (aproximadamente 95%), la madera es aproximadamente 50% celulosa y el peso seco de las hojas es de aproximadamente 10% — 20% celulosa. El mayor uso de celulosa es en la fabricación de papel y productos de papel. Aunque el uso de fibras sintéticas no celulósicas está aumentando, el rayón (hecho de celulosa) y el algodón aún representan más del 70% de la producción textil.

  Al igual que la amilosa, la celulosa es un polímero lineal de glucosa. Se diferencia, sin embargo, en que las unidades de glucosa están unidas por enlaces β-1,4-glicosídicos, produciendo una estructura más extendida que la amilosa (parte (a) de la Figura\(\PageIndex{3}\)). Esta linealidad extrema permite una gran cantidad de enlaces de hidrógeno entre grupos OH en cadenas adyacentes, lo que hace que se empaqueten estrechamente en fibras (parte (b) de la Figura\(\PageIndex{3}\)). Como resultado, la celulosa exhibe poca interacción con el agua o cualquier otro disolvente. El algodón y la madera, por ejemplo, son completamente insolubles en agua y tienen una resistencia mecánica considerable. Debido a que la celulosa no tiene una estructura helicoidal, no se une al yodo para formar un producto coloreado.

  

  Figura\(\PageIndex{3}\): Celulosa. a) Existe un amplio enlace de hidrógeno en la estructura de la celulosa. (b) En esta micrografía electrónica de la pared celular de un alga, la pared consiste en capas sucesivas de fibras de celulosa en disposición paralela.

  La celulosa produce D-glucosa después de la hidrólisis ácida completa, sin embargo, los humanos son incapaces de metabolizar la celulosa como fuente de glucosa. Nuestros jugos digestivos carecen de enzimas que puedan hidrolizar los enlaces β-glicosídicos que se encuentran en la celulosa, así que aunque podemos comer papas, no podemos comer pasto. Sin embargo, ciertos microorganismos pueden digerir la celulosa porque producen la enzima celulasa, la cual cataliza la hidrólisis de la celulosa. La presencia de estos microorganismos en el tracto digestivo de animales herbívoros (como vacas, caballos y ovejas) permite a estos animales degradar la celulosa de material vegetal a glucosa para obtener energía. Las termitas también contienen microorganismos secretores de celulasa y, por lo tanto, pueden subsistir con una dieta de madera. Este ejemplo demuestra una vez más la estereoespecífica extrema de los procesos bioquímicos.

  Enfoque en la Carrera: Educador Certificado en Diabetes

  Los educadores certificados en diabetes provienen de una variedad de profesiones de la salud, como enfermería y dietética, y se especializan en la educación y tratamiento de pacientes con diabetes. Un educador de diabetes trabajará con los pacientes para controlar su diabetes. Esto implica enseñar al paciente a monitorear los niveles de azúcar en la sangre, tomar buenas elecciones de alimentos, desarrollar y mantener un programa de ejercicios y tomar medicamentos, si es necesario.

  

  Una educadora certificada en diabetes en Naval Medical Center Portsmouth (izquierda) y una dietista registrada en el centro médico (centro), brindan información nutricional a una paciente con diabetes y a su madre en el Diabetes Boot Camp.

  Los educadores en diabetes también trabajan con el personal de hospitales o hogares de ancianos para mejorar la atención de los pacientes diabéticos. Los educadores deben estar dispuestos a pasar tiempo asistiendo a reuniones y leyendo la literatura actual para mantener sus conocimientos sobre medicamentos para la diabetes, nutrición y dispositivos de monitoreo de sangre para que puedan pasar esta información a sus pacientes.

  Resumen

  El almidón es una forma de almacenamiento de energía en las plantas. Contiene dos polímeros compuestos por unidades de glucosa: amilosa (lineal) y amilopectina (ramificada). El glucógeno es una forma de almacenamiento de energía en animales. Es un polímero ramificado compuesto por unidades de glucosa. Es más altamente ramificado que la amilopectina. La celulosa es un polímero estructural de unidades de glucosa que se encuentran en plantas. Es un polímero lineal con las unidades de glucosa unidas a través de enlaces β-1,4-glicosídicos.

  Ejercicios de Revisión de Conceptos

  RESPUESTAS

  Ejercicios

  RESPUESTAS

  1. ¿Qué propósitos sirven el almidón y la celulosa en las plantas?

  2. ¿Para qué sirve el glucógeno en los animales?

  3. El almidón es la forma de almacenamiento de glucosa (energía) en las plantas, mientras que la celulosa es un componente estructural de la pared celular de la planta.

  4. El glucógeno es la forma de almacenamiento de glucosa (energía) en animales.

  5. ¿Qué monosacárido se obtiene de la hidrólisis de cada carbohidrato?

     1. almidón
     2. celulosa
     3. glucógeno

  6. Por cada carbohidrato enumerado en el Ejercicio 1, indique si se encuentra en plantas o mamíferos.

  7. Describir las similitudes y diferencias entre amilosa y celulosa.

  8. Describir las similitudes y diferencias entre amilopectina y glucógeno.

  9. 1. glucosa
     2. glucosa
     3. glucosa

  10. La amilosa y la celulosa son polímeros lineales de unidades de glucosa, pero los enlaces glicosídicos entre las unidades de glucosa difieren. Los enlaces en la amilosa son enlaces α-1,4-glicosídicos, mientras que los enlaces en la celulosa son enlaces β-1,4-glicosídicos.