Polisacáridos

Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de muchos monosacáridos. Se encuadran entre los glúcidos, y cumplen funciones diversas, sobre todo de reserva energética y estructural.

Los polisacáridos son polímeros, cuyos monómeros constituyentes son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos. Estos compuestos llegan a tener un peso molecular muy elevado, que depende del número de residuos o unidades de monosacáridos que participen en su estructura. Este número es casi siempre indeterminado, variable dentro de unos márgenes, a diferencia de lo que ocurre con biopolímeros informativos, como el ADN o los polipéptidos de las proteínas, que tienen en su cadena un número fijo de piezas, además de una secuencia específica.

Los polisacáridos pueden descomponerse, por hidrólisis de los enlaces glucosídicos entre residuos, en polisacáridos más pequeños, así como en disacáridos o monosacáridos. Su digestión dentro de las células, o en las cavidades digestivas, consiste en una hidrólisis catalizada por enzimas digestivas (hidrolasas) llamadas genéricamente glucosidasas, que son específicas para determinados polisacáridos y, sobre todo, para determinados tipos de enlace glucosídico. Así, por ejemplo, las enzimas que hidrolizan el almidón, cuyos enlaces son del tipo llamado α(1→4), no pueden descomponer la celulosa, cuyos enlaces son de tipo β(1→4), aunque en los dos casos el monosacárido sea el mismo. Las glucosidasas que digieren los polisacáridos, que pueden llamarse polisacarasas, rompen en general uno de cada dos enlaces, liberando así disacáridos y dejando que otras enzimas completen luego el trabajo.

En la formación de cada enlace glucosídico «sobra» una molécula de agua, igual que en su ruptura por hidrólisis se consume una molécula de agua, así que en una cadena hecha de n monosacáridos, habrá n-1 enlaces glucosídicos. Partiendo de que la fórmula general, no sin excepciones, de los monosacáridos es

CxH2xOx

Se deduce fácilmente que los polisacáridos responderán casi siempre a la fórmula general:

Cx(H2O)x–1

Clasificación de los polisacáridosPara la clasificación de los polisacáridos, se acude a uno de dos

criterios, el funcional, que es el más difundido, o el químico, que se atiene a su estructura y composición.

1. Según la función biológica

Según la función biológica, podemos clasificar los polisacáridos en los siguientes grupos:

Polisacáridos de reserva

Los polisacáridos de reserva representan una forma de almacenar azúcares sin crear por ello un problema osmótico. La principal molécula proveedora de energía para las células de los seres vivos es la glucosa. Su almacenamiento como molécula libre, dado que es una molécula pequeña y muy soluble, daría lugar a severos problemas osmóticos y de viscosidad, incompatibles con la vida celular. Los organismos mantienen entonces sólo mínimas cantidades, y muy controladas, de glucosa libre, prefiriendo almacenarla como polímero.

La concentración osmótica depende del número de moléculas, y no de su masa, así que la célula puede, de esta forma, almacenar enormes cantidades sin problemas.

Los polisacáridos de reserva no juegan el mismo papel en organismos inmóviles y pasivos, como plantas y hongos, que en los animales. Éstos no almacenan más que una pequeña cantidad de glucógeno, que sirve para asegurar un suministro permanente de glucosa disuelta. Para el almacenamiento a mayor escala de reservas, los animales recurren a las grasas, que son lípidos, porque éstas almacenan más del doble de energía por unidad de masa; y además, son líquidas en las células, lo que las hace más compatibles con los movimientos del cuerpo. Un organismo humano almacena como glucógeno la energía necesaria para no más de seis horas, pero puede guardar como grasa la energía equivalente a las necesidades de varias semanas.

La mayoría de los polisacáridos de reserva son glucanos, es decir, polímeros de glucosa, más exactamente de su isómero de anillo hexagonal (glucopiranosa). Se trata sobre todo de glucanos α(1→4), representados en las plantas por el almidón y en los animales por el glucógeno, con cadenas que se ramifican gracias a enlaces de tipo alfa(1→6). En numerosos grupos de protistas cumplen la misma función glucanos de tipo β(1→3).

Polisacáridos estructurales Se trata de glúcidos que participan en la construcción de

estructuras orgánicas. Los más importantes son los que constituyen la parte principal de la pared celular de plantas, hongos y otros organismos eucarióticos osmótrofos, es decir, que se alimentan por absorción de sustancias disueltas. Éstos no tienen otra manera más económica de sostener su cuerpo, que envolviendo a sus células con una pared flexible pero resistente, contra la que oponen la presión osmótica de la célula, logrando así una solución del tipo que en biología se llama esqueleto hidrostático.

La celulosa es el más importante de los polisacáridos estructurales. Es el principal componente de la pared celular en las plantas, y la más abundante de las biomoléculas que existen en el planeta. Es un glucano, es decir, un polímero de glucosa, con enlaces glucosídicos entre sus residuos de tipo β(1→4). Por la configuración espacial de los enlaces implicados, los residuos de glucosa quedan alineados de forma recta, no en helicoide, que es el caso de los glucanos α(1→4), del tipo del almidón. Ésta es la regla en cuanto a la conformación de todos los polisacáridos estructurales de las paredes. Esas cadenas rectas se enlazan transversalmente, por enlaces de hidrógeno, en haces de cadenas paralelas.

La quitina cumple un papel equivalente al de la celulosa, pero en los hongos, y además es la base del exoesqueleto de los artrópodos y otros animales emparentados. La quitina es un polímero de la N-acetil-2, D-glucosamina, un monosacárido aminado, que contiene por lo tanto nitrógeno. Siendo éste un elemento químico de difícil adquisición para los organismos autótrofos, que lo tienen que administrar con tacañería, la quitina queda reservada a heterótrofos como los hongos, que lo obtienen en abundancia.

Otras funcionesLa mayoría de las células de cualquier ser vivo suelen disponer

este tipo de moléculas en su superficie celular. Por ello están involucrados en fenómenos de reconocimiento celular (ejemplo: Complejo Mayor de Histocompatibilidad), protección frente a condiciones adversas (Ejemplo: Cápsulas polisacarídicas en microorganismos) o adhesión a superficies (ejemplo: la formación de biofilmes o biopelículas, al actuar como una especie de pegamento.)

2) Químico. Según la composiciónSe distinguen dos tipos de polisacáridos según su composición:

Homopolisacáridos: están formados por la repetición de un monosacárido.

Heteropolisacáridos: están formados por la repetición ordenada de un disacárido formado por dos monosacáridos distintos (o, lo que es lo mismo, por la alternancia de dos monosacáridos). Algunos heteropolisacáridos participan junto a polipéptidos (cadenas de aminoácidos) de diversos polímeros mixtos llamados peptidoglucanos, mucopolisacáridos o proteoglucanos. Se trata esencialmente de componentes estructurales de los tejidos, relacionados con paredes celulares y matrices extracelulares.

Ejemplo de un monosacarido derivado de él mismo acido hialuronico formando parte de tejido conjuntivo, heparina localizada en higado y pulmon, agar agar de origen animal, goma…. No son digeribles

Estructurales De reserva alimenticia

 Forman puentes de hidrógeno intermoleculares muy fuertes Producen fibras muy rígidas Insoluble en agua Enlaces glucosidicos generalmente B Muy resistentes a enzimas, microorganismos y agentes químicos Sus dispersiones son de alta viscosidad

 Pocos puentes de hidrógeno intermoleculares y débiles No producen fibras Solubles en agua Enlaces glucosidicos generalmente a Muy atacables por enzimas, microorganismos y agentes químicos Sus dispersiones no son muy viscosas

CUADRO 2.12 Características de los polisacáridos

    Función

    Estructural Reserva energética

REINO ANIMALInvertebrados Vertebrados REINO VEGETALEmbryophyta Bryophyta (musgo) Tracheophyta(plantas vasculares) Thallophyta Phacophyta (alga café) Rhodophyta (alga roja) Y otras algas    SchizomycophytaMyxomycophytaEumycophyta(bacterias. Hongos y levaduras) 

 QuítinaCelulosaCondroitina   CelulosaPentaglucanasSustancias pécticas

 GalactanasAgarCarragaeninaÁcido alginicoFucanaCelulosaSustancias pécticasQuitinaCelulosaMananas

 GlucógenoGalactanasClucógeno  AmilasaAmilpectinaFructanas  LaminaranaAlmidónMananas    AlmidonesLevanasGlucógeno

CUADRO 2.13 Clasificación de algunos polisacáridos de acuerdo con su fuente natural y función.

Estabilizadores a través de sus interacciones con agua

Emulsionantes Gelificantes Estabilizan o forman

espumas Mejoran la textura dándole

“cuerpo al alimento. Espesantes y agentes de

viscosidad. Encapsulación de sabores

artificiales, fijación de sabores.

Estabilizan sistemas donde hay ciclos de congelamiento y descongelamiento

 

Controlan la cristalización de azúcares, sales y agua.

Forman películas resistentes Agentes de suspensión de

sólidos en líquidos Agentes adhesivos Espesantes en alimentos

dietéticos bajos en calorías. Agentes floculantes Reducen el daño estructural

del alimento causado por el congelamiento

 

CUADRO 2.1.4 Principales usos de los polisacáridos en alimentos.

El método de obtención del almidón de maíz es la molienda húmeda la cual es una técnica que permite separar algunas de las partes del grano en sus constituyentes químicos. Cuando se le realiza al maíz se obtienen almidones y otros productos (aceites, alimento para el ganado como piensos, harinas de gluten o tortas de germen y productos de la hidrólisis del almidón como la glucosa)

USOS El almidón de maíz posee varias propiedades funcionales que le confieren la posibilidad de ser usadas en la producción de alimentos 8, 14, 15, en la siguiente tabla se describen cada una de ellas:

ESPESANTE Por su capacidad de hinchamiento en solución, el almidón de maíz es un espesante de bajo costo utilizado en productos alimenticios, gomas y adhesivos.

VEHÍCULO Su compatibilidad con ingredientes diversos lo hacen un excelente vehículo o extensor de diversos productos alimenticios, industriales y farmacéuticos.

GELIFICANTE Las cualidades de retrogradación de los almidones, permiten usarlos como gelificantes en diversos productos, principalmente del sector alimenticio.

SUSTRATO DE FERMENTACIÓN Su alta pureza, permite a los almidones de ARANCIA CORN PRODUCTS, una excelente funcionalidad como fuente de carbohidratos fermentables.

AGENTE DE ACABADO La propiedad de formar películas resistentes y lisas, es aprovechada para dar acabado en superficies en diferentes tipos industrias.

AGLUTINANTE La capacidad de formar pastas viscosas, permite al almidón de maíz la posibilidad de uso como ligante o aglutinante de una amplia gama de ingredientes.

CONTROL DE TEXTURA Tanto crudo como en dispersión, el almidón de maíz funciona como un eficaz medio para el control de la consistencia de diversos productos.

AGENTE DE MOLDEO El almidón crudo tiene la capacidad de retener formas estampadas sobre su superficie, cualidad importante en la industria alimentaria principalmente.

Gelatinización

Los gránulos de almidón son insolubles en agua fría, pero pueden embeber agua de manera reversible; es decir, pueden hincharse ligeramente con el agua y volver luego al tamaño original al secarse. Sin embargo cuando se calientan en agua, los gránulos de almidón sufren el proceso denominado gelatinización, que es la disrupción de la ordenación de las moléculas en los gránulos. Durante la gelatinización se produce la lixiviación de la amilosa, la gelatinización total se produce normalmente dentro de un intervalo mas o menos amplio de temperatura, siendo los gránulos más grandes los que primero gelatinizan.

Los diversos estados de gelatinización pueden ser determinados utilizando un microscopio de polarización. Estos estados son: la temperatura de iniciación (primera observación de la pérdida de birrefrigerancia), la temperatura media, la temperatura final de la pérdida de birrefrigerancia (TFPB, es la temperatura a la cual el último gránulo en el campo de observación pierde su birrefrigerancia), y el intervalo de temperatura de gelatinización.

Al final de este fenómeno se genera una pasta en la que existen cadenas de amilosa de bajo peso molecular altamente hidratadas que rodean a los agregados, también hidratados, de los restos de los gránulos.

Retrogradación

Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y accionan entre sí por puentes de hidrógeno a través de sus múltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentración y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente.

La retrogradación esta directamente relacionada con el envejecimiento del pan, las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que retrogradan , forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón gelatinice.

Limitaciones de los almidones nativos: razones para modificarlosEl almidón actúa muy bien como espesante en condiciones

normales, pero tiene tendencia a perder líquido cuando el alimento se congela y se descongela. Algunos derivados del almidón tienen mejores propiedades y se utilizan con valores nutricionales semejantes y aportando casi las mismas calorías 9.

La utilización del almidón como componente alimentario se basa además de sus propiedades funcionales en sus propiedades de interacción con el agua, especialmente en la capacidad de formación de geles. Sin embargo, el almidón tal como se encuentra en la naturaleza no se comporta bien en todas las situaciones que pueden presentarse en los procesos de fabricación de alimentos. Concretamente presentaproblemas en alimentos ácidos o cuando éstos deben calentarse o congelarse, inconvenientes que pueden obviarse en cierto grado modificándolo químicamente 9.

La estructura nativa del almidón puede ser menos eficiente debido a que las condiciones del proceso (e.g. temperatura, pH y presión) reducen su uso en otras aplicaciones industriales, debido a la baja resistencia a esfuerzos de corte, descomposición térmica, alto nivel de retrogradación y sinéresis 5.

Los almidones modificadosLas limitaciones anteriores se pueden superar

modificando la estructura nativa por métodos químicos, físicos y enzimáticos 16, dando como resultado un almidón modificado; se incluye a los almidones hidroxipropilados, de enlaces cruzados y acetilados 17. Estos almidones generalmente muestran mejor claridad de pasta y estabilidad, menor tendencia a la retrogradación y aumento en la estabilidad al congelamiento-deshielo 5, 18.

Constituyen una familia, creciente, de productos más o menos sofisticados. El almidón modificado más simple es el pregelatinizado, aplicado a productos instant en los que se desea un hidratación rápida.

G O M A SLas gomas son polisacáridos de alto peso molecular que

tienen la capacidad de actuar como espesantes y gelificantes y que además presentan algunas propiedades funcionalestales como las de emulsificación, estabilización, etc. Las gomas vegetales utilizadas enlas emulsiones alimenticias son altamente hidrofilitos con propiedades aniónicas o noaniónicas. Las gomas aniónicas comprenden pectinas, alginatos, Santana, tragacanto,agar, carragen y arábiga. Las no aniónicas son: aguara, algarrobo, carboximetilcelulosa,hidroxipopilcelulosa y metilcelulosa. También las gomas pueden dividirse en naturales,semisintéticas y sintéticas

El almidón es un polisacárido de reserva alimenticia predominante en las plantas, y proporciona el 70-80% de las calorías consumidas por los humanos de todo el mundo. Tanto el almidón como los productos de la hidrólisis del almidón constituyen la mayor parte de los carbohidratos digestibles de la dieta habitual. Del mismo modo, la cantidad de almidón utilizado en la preparación de productos alimenticios, sin contar el que se encuentra presente en las harinas usadas para hacer pan y otros productos de panadería.

Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz (Zea mays), trigo (Triticum spp.), varios tipos de arroz (Oryza sativa), y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de papa (Solanum tuberosum), batata (Ipomoea batatas) y mandioca (Manihot esculenta). Tanto los almidones como los almidones modificados tienen un número enorme de posibles aplicaciones en los alimentos, que incluyen las siguientes: adhesivo, ligante, enturbiante, formador de películas, estabilizante de espumas, agente anti-envejecimiento de pan, gelificante, glaseante, humectante, estabilizante, texturizante y espesante.

El almidón se diferencia de todos los demás carbohidratos en que, en la naturaleza se presenta como complejas partículas discretas (gránulos). Los gránulos de almidón son relativamente densos, insolubles y se hidratan muy mal en agua fría. Pueden ser dispersados en agua, dando lugar a la formación de suspensiones de baja viscosidad que pueden ser fácilmente mezcladas y bombeadas, incluso a concentraciones mayores del 35%.

El trigo, el centeno (Secale cereale) y la cebada (Hordeum vulgare) tienen dos tipos de granos de almidón: los grandes lenticulares y los pequeños esféricos. En la cebada, los granos lenticulares se forman durante los primeros 15 días después de la polinización. Los pequeños gránulos, representando un total de 88% del número de granos, aparecen a los 18-30 días posteriores a la polinización.

Los almidones de los cereales contienen pequeñas cantidades de grasas. Los lípidos asociados al almidón son, generalmente, lípidos polares, que necesitan disolventes polares tales como metanol-agua, para su extracción. Generalmente el nivel de lípidos en el almidón cereal, está entre 0.5 y 1%. Los almidones no cereales no contienen esencialmente lípidos.

Químicamente es una mezcla de dos polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina; contienen regiones cristalinas y no cristalinas en capas alternadas. Puesto que la cristalinidad es producida por el ordenamiento de las cadenas de amilopectina, los gránulos de almidón céreo tienen parecido grado de cristalinidad que los almidones normales. La disposición radial y ordenada de las moléculas de almidón en un gránulo resulta evidente al observar la cruz de polarización (cruz blanca sobre un fondo negro) en un microscopio de polarización cuando se colocan los polarizadores a 90° entre sí. El centro de la cruz corresponde con el hilum, el centro de crecimiento de gránulo.

La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosa por medio de enlaces glucosídicos α (1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maíz comúnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%.

La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que le dan una forma molecular a la de un árbol; las ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como céreos. La amilopectina de papa es la única que posee en su molécula grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O-6, mientras que el tercio restante lo hace en posición O-3.

Forma de los granos de almidón

El tamaño y la forma de los granos de almidón de las células del endospermo, varía de un cereal a otro; en el trigo, centeno, cebada, maíz, sorgo y mijo, los granos son sencillos, mientras que los de arroz son compuestos. La avena tiene granos sencillos y compuestos predominando estos últimos.

La mayor parte de los granos de almidón de las células del endospermo prismático y central del trigo tiene dos tamaños: grande, 30-40 micras de diámetro, y pequeño, 1-5 micras, mientras que los de las células del endospermo sub-aleurona, son principalmente de tamaño intermedio 6-15 micras de diámetro. En las células del endospermo sub-aleurona hay relativamente más proteína y los granos de almidón están menos apretados que en el resto del endospermo.

Características del almidón usado en el laboratorio

Origen del almidónMárgenes de temperatura de gelificación ( ° C)

Forma del granoTamaño del grano (nm)

Trigo 58 - 64 Lenticular Redondo 20-352-10

Debido a las cualidades morfológicas diferenciadas con que cuentan los gránulos de almidón según la planta a la cual pertenecen, se ha diseñado una técnica de investigación paleoetnobotánica (granos de almidón en arqueología) de gran ayuda para la arqueología de las regiones tropicales del mundo. Muchas plantas, sobre todo tuberosas y de semillas, no habían podido ser identificadas en contextos arqueológicos de los trópicos, situación que arrestaba el conocimiento que se podía tener sobre la importancia que tuvieron las plantas para los pueblos antiguos de estas áreas. Los gránulos de almidón, al ser estructuras perdurables en las herramientas arqueológicas relacionadas con la producción de alimentos y otros derivados, pueden ser recuperados e identificados. El proceso de extracción de almidones de herramientas arqueológicas comienza con la recolección de muestras de sedimentos de los poros, grietas y fisuras de dichas herramientas para luego someterlas a un proceso de separación química (por medio de centrifugación con Cloruro de cesio).

Retrogradación

Se define como la insolubilización y la precipitación espontánea, principalmente de las moléculas de amilosa, debido a que sus cadenas lineales se orientan paralelamente y accionan entre sí por puentes de hidrógeno a través de sus múltiples hidroxilos; se puede efectuar por diversas rutas que dependen de la concentración y de la temperatura del sistema. Si se calienta una solución concentrada de amilosa y se enfría rápidamente hasta alcanzar la temperatura ambiente se forma un gel rígido y reversible, pero si las soluciones son diluidas, se vuelven opacas y precipitan cuando se dejan reposar y enfriar lentamente.

La retrogradación esta directamente relacionada con el envejecimiento del pan, las fracciones de amilosa o las secciones lineales de amilopectina que retrogradan, forman zonas con una organización cristalina muy rígida, que requiere de una alta energía para que se rompan y el almidón gelatinice.

Gelificación

Tipo de almidón

Maíz Trigo

Amilosa 27 % 24 %

Forma del gránulo

Angular poligonal, esférico

Esférico o lenticular

Tamaño 5-25 micras 11-41 micras

Temperatura de

gelatinización62-72 °C 58-64 °C

Amilopectina

La amilopectina es un sacárido que se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones que le dan una forma molecular parecida a la de un árbol: las ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces a-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa. Su peso molecular es muy alto ya que algunas fracciones llegan a alcanzar hasta 200 millones de daltones. La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como céreos. La amilopectina de patata es la única que posee en su molécula grupos éster fosfato, unidos más frecuentemente en una posición O-6, mientras que el tercio restante lo hace en posición O-3. Se diferencia del glucógeno por tener las ramificaciones a-(1,6) cada 15-25 monómeros, pues éste tiene sus ramificaciones cada 8-12 unidades de glucosa.

Estructura de la amilosa

La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos a(1,4), que establece largas cadenas lineales con 200-2500 unidades y pesos moleculares hasta de un millón; es decir, la amilosa es una a-D-(1,4)-glucana cuya unidad repetitiva es la a-maltosa. Tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen alrededor del 25% de amilosa. Los dos almidones de maíz comúnmente conocidos como ricos en amilosa que existen comercialmente poseen contenidos aparentes de masa alrededor del 52% y del 70-75%.

Celulosa

Celulosa es un homopolisacárido (es decir, compuesto de un único tipo de monómero) rígido, insoluble, que contiene desde varios cientos hasta varios miles de unidades de glucosa.La celulosa corresponde a la biomolécula más abundante de la biomasa terrestres.

Estructura de la celulosa

La celulosa se forma por la unión de moléculas de β-glucosa mediante enlaces β-1,4-O-glucosídico. Es una hexosa que por hidrólisis da glucosa. La celulosa es una larga cadena polimérica de peso molecular variable, con fórmula empírica (C6H1005)n, con un valor mínimo de n= 200.

La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen múltiples puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, haciéndolas impenetrables al agua, lo que hace que sea insoluble en agua, y originando fibras compactas que constituyen la pared celular de las células vegetales.

Función de la celulosa

La celulosa es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. La chepa de una célula vegetal joven contiene aproximadamente un 40% de celulosa; la madera un 50 %, mientras que el ejemplo más puro de celulosa es el algodón con un porcentaje mayor al 90%. El cáñamo también es una fuente de celulosa de alta calidad. A pesar de que está formada por glucosas, los animales no pueden utilizar a la celulosa como fuente de energía, ya que no cuentan con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos, sin embargo, es importante incluirla en la dieta humana (fibra dietética) porque al mezclarse con las Heces, facilita la digestión y defecación, así como previene los malos gases.

En el intestino de los rumiantes, de otros herbívoros y de termitas, existen microorganismos, muchos metanógenos, que poseen una enzima llamada celulasa que rompe el enlace β-1,4-glucosídico y al hidrolizarse la molécula de celulosa quedan disponibles las glucosas como fuente de energía.

Hay microorganismos (bacterias y hongos) que viven libres y también son capaces de hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecológica, pues reciclan materiales celulósicos como papel, cartón y madera. De entre ellos, es de destacar el hongo Trichoderma reesei, capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4-β-D-glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4-β-D-glucanasa EG I y EG II. Mediante técnicas biotecnológicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el reciclado de papel, disminuyendo el coste económico y la contaminación.

La celulosa es la sustancia más frecuente en la pared de las células vegetales, ya descubierta en 1838. La celulosa es la biomolécula más abundante de los seres vivos.

La celulosa constituye la materia prima del papel y de los tejidos de fibras naturales. También se utiliza en la fabricación de explosivos, celuloide, seda artificial, barnices. Esta presente en las plantas solamente los rumiantes lo ingieren.

Hemicelulosa

La hemicelulosa es un heteropolisacárido (polisacárido compuesto por más de un tipo de monómero), formado, en este caso un tanto especial, por un conjunto heterogéneo de polisacáridos, a su vez formados por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces β (1-4), que forman una cadena lineal ramificada. Entre estos monosacáridos destacan la glucosa, la galactosa o la fructosa.

Forma parte de las paredes de las diferentes células de los tejidos del vegetal, recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo el enlace de pectina. En la madera del pino insigne, la hemicelulosa, que forma parte de la matriz, junto a la lignina, donde reside la celulosa, representa entre un 27 y un 29% de la misma, mientras que en la corteza solo alcanzan un 15%. También es importante considerar que este compuesto varía dependiendo de la edad y variabilidad de las especies cultivadas y mejoradas.

La hemicelulosa se caracteriza por ser una molécula con ramificaciones, como lo es el ácido urónico, capaz de unirse a las otras moléculas mediante enlaces que constituyen la pared rígida que protege a la célula de la presión ejercida sobre esta por el resto de las células que la rodean.

DextrinaLas dextrinas son un grupo de carbohidratos de poco peso molecular producidas por la hidrólisis del almidón. Tienen la misma fórmula general que los carbohidratos pero son de una longitud de cadena más corta. La producción industrial es realizada generalmente por la hidrólisis ácida del almidón de patata. Las dextrinas son solubles en agua, sólidos de colo blanco hasta levemente amarillo, ópticamente activos. Analíticamente, las dextrinas se pueden detectar con la solución del yodo, dando una coloración roja.

La dextrina cíclica se conoce como cíclodextrina. Son formadas por la degradación enzimática del almidón por ciertas bacterias, por ejemplo Bacilo macerans. La Cíclodextrina tienen estructuras toroidales formadas por 6-8 residuos de la glucosa.

Por ejemplo, la maltodextrina es un polisacárido moderadamente dulce usado como aditivo alimenticio, sin relación con la malta de cebada. Se produce del almidón de maíz y se ve generalmente como un polvo higroscópico blanco cremoso. La maltodextrina es fácilmente digerible, siendo absorbida tan rápidamente como la glucosa. El número del registro del CAS de la maltodextrina es 9050-36-

Las dextrinas encuentran uso extenso en la industria, debido a su falta de toxicidad y a su precio bajo. Se utilizan como pegamentos solubles en agua, como agentes de espesamiento en la transformación de los alimentos, y como agentes aglutinantes en productos farmacéuticos. En pirotecnia se agregan a los fórmulas de fuegos de colores, para que solidifiquen como gránulos o “estrellas.” Las ciclodextrinas encuentran uso adicional en química analítica como matriz para la separación de sustancias hidrofóbicas, y como excipientes en formulaciones farmacéuticas. No todas las formas de dextrina son digeribles, y la dextrina indigerible se utiliza a veces en suplementos de la fibra

La maltodextrina puede derivarse de cualquier almidón. En los E.E.U.U. este almidón es generalmente el maíz, en otras partes, por ejemplo en Europa, es comúnmente cebada o trigo. Esto es importante para los que padecen de celiaquía, puesto que la maltodextrina derivada del trigo/cebada puede contener rastros del gluten.Los alimentos que contienen maltodextrina pueden contener rastros de glutamato monosódico (MSG) como subproducto del proceso de fabricación.

La quitina es uno de los componentes principales de las paredes celulares de los hongos, del resistente exoesqueleto de los artrópodos (arácnidos, crustáceos, insectos) y algunos otros animales (quetas de anélidos, perisarco de cnidarios). La primera persona que consiguió describir correctamente su estructura química fue Albert Hofmann, el conocido químico suizo, quién también es el padre de la LSD, el enteógeno más conocido de la cultura occidental.

Es un polisacárido, compuesto de unidades de N-acetilglucosamina (exactamente, N-acetil-D-glucos-2-amina). Éstas están unidas entre sí con enlaces β-1,4, de la misma forma que las unidades de glucosa componen la celulosa. Así, puede pensarse en la quitina como en celulosa con el grupo hidroxilo de cada monómero reemplazado por un grupo de acetilamina. Esto permite un incremento de los enlaces de hidrógeno con los polímeros adyacentes, dándole al material una mayor resistencia.

Es el segundo polímero natural más abundante después de la celulosa. Se es usada como agente floculante para tratamiento de agua, como agente para curar heridas, como espesante y estabilizador en alimentos y medicamentos, como resina intercambiadora de iones. Es altamente insoluble en agua y en solventes orgánicos debido a los enlaces de hidrógeno que presenta la molécula. La quitina se vuelve soluble en ácidos inorgánicos diluidos cuando pierde el acetilo del grupo acetilamino, convirtiéndose en quitosana.

Contrario a lo que generalmente se piensa, la quitina no forma parte de las conchas de los moluscos gasterópodos. Éstas están formadas por una combinación de nácar, conquiolina, aragonito y carbonato de calcio.

El término quitina deriva de la palabra griega χιτών, que significa túnica, haciendo referencia a su dureza.

El glucógeno es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa solubles en agua.

Estructura del glucógeno Su estructura puede parecerse a la de amilopectina del almidón,

aunque mucho más ramificada que ésta. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas, uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina.

Una sola molécula de glucógeno puede contener más de 120.000 moléculas de glucosa.

La importancia de que el glucógeno sea una molécula tan ramificada es debido a que:

La ramificación aumenta su solubilidad. La ramificación permite la abundancia de residuos de glucosa

no reductores que van a ser los lugares de unión de las enzimas glucógeno fosforilasa y glucógeno sintetasa, es decir, las ramificaciones facilitan tanto la velocidad de síntesis como la de degradación del glucógeno.

El glucógeno es el polisacárido de reserva energética en los animales que se almacena en el hígado (10% de la masa hepática) y en los músculos (1% de la masa muscular) de los vertebrados. Además, puede encontrarse pequeñas cantidades de glucógeno en ciertas células gliales del cerebro.

Gracias a la capacidad de almacenamiento de glucógeno, se reducen al máximo los cambios de presión osmótica que la glucosa libre podría ocasionar tanto en el interior de la célula como en el medio extracelular.

Cuando el organismo o la célula requieren de un aporte energético de emergencia, como en los casos de tensión o alerta, el glucógeno se degrada nuevamente a glucosa, disponible para el metabolismo energético.

En el hígado la conversión de glucosa almacenada en forma de glucógeno a glucosa libre en sangre, está regulada por la hormona glucagón y adrenalina. El glucógeno hepático es la principal fuente de glucosa sanguínea sobre todo entre comidas. El glucógeno contenido en los músculos es para energía que se consume durante la contracción muscular.

El glucógeno se almacena dentro de vacuolas en el citoplasma de las células que lo utilizan para la glucólisis. Estas vacuolas contienen las enzimas necesarias para la hidrólisis de glucógeno a glucosa.

Metabolismo

Glucogénesis La síntesis de glucógeno a partir de glucosa se llama

glucogénesis y se produce gracias al enzima glucógeno sintetasas. La adición de una molécula de glucosa al glucógeno consume dos enlaces de alta energía: una procedente del ATP y otra que procede del UTP.

La síntesis del glucógeno tiene lugar en varios pasos:En primer lugar, la glucosa es transformada en glucosa-6-fosfato,

gastando una molécula de ATP. glucosa + ATP → glucosa-6-P + ADP

A continuación se transforma la glucosa-6-fosfato en glucosa-1-fosfato sin gasto energético.

glucosa-6-P ←→ glucosa-1-P

Se transforma la glucosa-1-fosfato en UDP-glucosa, con el gasto de un UTP.

glucosa-1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi

La glucógeno sintetasa va uniendo UDP-glucosa para formar el glucógeno.

(glucosa)n + UDP-glucosa → (glucosa)n+1 + UDP

Por último, una enzima crea ramificaciones en la cadena de glucosas.

Glucogenolisis

Su estructura es similar a la de amilopectina del almidón, aunque mucho más ramificada que ésta. Está formada por varias cadenas que contienen de 12 a 18 unidades de α-glucosas, uno de los extremos de esta cadena se une a la siguiente cadena mediante un enlace α-1,6-glucosídico, tal y como sucede en la amilopectina.

Debido a la estructura tan ramificada del glucógeno, permite la obtención de moléculas de glucosa en el momento que se necesita.

La glucógeno fosforilasa va quitando glucosa de una rama del glucógeno hasta dejar 4 moléculas de glucosa en la rama, la glucantransferasa toma tres de las moléculas de glucosa y las transfiere a la rama principal y por último, la enzima desramificante quita la molécula de glucosa sobrante.

Goma guar

La goma guar es una goma natural que se usa como agente espesante y se extrae de un grano.

La goma guar es un polisacárido soluble en agua que se usa principalmente en la industria alimenticia, en jugos, helados, salsas, comida para mascotas.

La goma guar es el polisacárido de reserva nutricional de las semillas de Cyamopsis tetragonolobus, una planta de la familia de las leguminosas. En la India esta planta ha sido utilizada en la dieta humana durante cientos de años. La molécula de guar es un polímero lineal con un peso molecular aproximado de 220.000.

La goma guar se considera altamente eficaz en la disminución de la hiperglucemia postprandial, el peso corporal y las concentraciones de colesterol, tanto en individuos obesos como diabéticos. El aumento de la sensibilidad a la insulina puede incrementar la actividad de la lipoproteinlipasa (LPL) y, de este modo, conseguir la reducción de las lipoproteínas y los ácidos biliares tras un tratamiento con goma guar. La viscosidad de la goma guar, que incrementa el tiempo de vaciado gástrico y prolonga la fase de absorción intestinal de las grasas, carbohidratos y sodio, sin inducir malabsorción, parece ser el aspecto clave de su eficacia. Además, las fibras de elevada viscosidad y aquéllas capaces de formar geles, presentan una ventaja adicional en tanto que incrementan la sensación de saciedad conduciendo, posiblemente, a una reducción de peso en los individuos obesos.