Polysaccharide

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Reviewed by: Todd Smith, PhD

Polysaccharide Definition

noun
plural: polysaccharides
pol·y·sac·cha·ride, ˌpɒlɪˈsækəɹaɪd
Any from the group of polymeric carbohydrates formed by long chains of repeating units linked together by glycosidic bonds

Terminology

The term polysaccharide etymologically means multi saccharides. A saccharide refers to the unit structure of carbohydrates. Thus, a polysaccharide is a carbohydrate comprised of many saccharides, i.e. more than ten (mono)saccharide units.

Overview

Carbohydrates are organic compounds comprised of carbon, hydrogen, and oxygen, usually in the ratio of 1:2:1. They are one of the major classes of biomolecules. They are an important source of energy. They also serve as structural components. Como nutrientes, pueden clasificarse en dos grandes grupos: hidratos de carbono simples y complejos. Los carbohidratos simples, a veces denominados simplemente azúcar, son los que se digieren fácilmente y sirven como fuente rápida de energía. Los carbohidratos complejos (como la celulosa, el almidón, la quitina y el glucógeno) son los que necesitan más tiempo para ser digeridos y metabolizados. Suelen tener un alto contenido en fibra y, a diferencia de los carbohidratos simples, son menos propensos a causar picos en los niveles de azúcar en sangre.

Características de los polisacáridos

Los polisacáridos se caracterizan por las siguientes propiedades químicas: (1) no tienen un sabor dulce, (2) muchos de ellos son insolubles en agua, (3) no forman cristales cuando se secan, (4) son compactos y no son osmóticamente activos dentro de las células, (5) pueden extraerse para formar un polvo blanco, y (6) tienen la fórmula química general de Cx(H2O)y.

Los polisacáridos están formados por hidrógeno, carbono y oxígeno, al igual que las otras formas de carbohidratos. La relación entre los átomos de hidrógeno y los de oxígeno suele ser de 2:1, por lo que también se describen como hidratos de carbono. La fórmula química general de los polisacáridos es (C6H10O5)n. Debido a la presencia de carbono y de enlaces covalentes C-C y C-H, se consideran compuestos orgánicos similares a otros carbohidratos.

Los polisacáridos se diferencian de los oligosacáridos y de los disacáridos en función del número de unidades de monosacáridos presentes. Los disacáridos están formados por sólo dos monosacáridos. Los oligosacáridos tienen más de dos monosacáridos. El término oligosacárido se utiliza habitualmente para describir cadenas relativamente más cortas que los polisacáridos. Los polisacáridos son un tipo de macromolécula biológica compuesta por múltiples unidades de monosacáridos.

Existen diversas formas de polisacáridos. Su estructura va desde una forma lineal simple hasta las formas más complejas y muy ramificadas. Muchos de ellos son heterogéneos. Dependiendo de su composición, pueden ser amorfos o insolubles en agua.

Síntesis por deshidratación

El proceso químico de unión de unidades de monosacáridos se denomina síntesis por deshidratación ya que da lugar a la liberación de agua como subproducto. Una forma de sintetizar un polisacárido es a través de una reacción de condensación ya que implica la unión de subunidades para formar un compuesto bastante condensado con la concomitante liberación o pérdida de agua.

Hidrólisis

La hidrólisis es el proceso de conversión de polisacáridos en componentes monosacáridos simples. Mientras que la reacción de condensación implica la eliminación de agua, la hidrólisis utiliza la molécula de agua. El proceso de conversión de polisacáridos en monosacáridos, en particular, se denomina sacarificación.
En los seres humanos, los hidratos de carbono (aparte de los monosacáridos) se digieren mediante una serie de reacciones enzimáticas. Estas enzimas son la amilasa salival, la amilasa pancreática y la maltasa. La amilasa salival actúa sobre el almidón y lo descompone en maltosa. El siguiente lugar de digestión de los hidratos de carbono será el intestino delgado. El estómago no participa en la digestión de los hidratos de carbono porque el jugo gástrico inhibe la actividad de la amilasa salival. Por lo tanto, la siguiente fase de la digestión de los hidratos de carbono será el intestino delgado.
Cuando los hidratos de carbono parcialmente digeridos llegan al intestino delgado, el páncreas secreta jugos pancreáticos que incluyen la amilasa pancreática. Esta enzima actúa sobre los hidratos de carbono parcialmente digeridos, descomponiéndolos en azúcares simples. El borde en cepillo del intestino delgado libera enzimas digestivas como la isomaltasa, la maltasa, la sacarasa y la lactasa. La isomaltasa digiere los polisacáridos en los enlaces alfa 1-6, y convierte la dextrina de límite alfa en maltosa. La maltasa descompone la maltosa (un disacárido) en dos unidades de glucosa. La sucrasa y la lactasa digieren la sacarosa y la lactosa, respectivamente, en componentes monosacáridos. Las células epiteliales del borde en cepillo del intestino delgado absorben los monosacáridos. La glucosa y la galactosa se toman dentro de la célula intestinal (enterocito) a través del transporte activo mediante transportadores de glucosa (GluT). La fructosa también se absorbe mediante GluT, pero el modo de transporte aún no está claro (si es por transporte activo o pasivo). Los enterocitos liberan los monosacáridos en los capilares a través del transporte pasivo (en particular, por difusión facilitada). A continuación, los azúcares simples son transportados a las células de otros tejidos, especialmente al hígado, desde el torrente sanguíneo. La glucosa en la sangre puede ser utilizada por el organismo para producir ATP. De lo contrario, se transporta al hígado, junto con la galactosa y la fructosa (que se convierten en gran parte en glucosa), para su almacenamiento en forma de glucógeno.
El resto de los hidratos de carbono no absorbidos por el intestino delgado pasan al intestino grueso. La flora intestinal del colon los metaboliza de forma anaeróbica (por ejemplo, mediante la fermentación). De este modo, se producen gases (por ejemplo, hidrógeno, CO2 y metano) y ácidos grasos, como el acetato y el butirato, que el organismo metaboliza inmediatamente. Los gases, a su vez, se excretan a través de la respiración, la eructación o la flatulencia.

Glicogénesis

La glucogénesis es el proceso metabólico de producción de glucógeno a partir de la glucosa para su almacenamiento. El proceso ocurre principalmente en las células del hígado y de los músculos en respuesta a un alto nivel de glucosa en el torrente sanguíneo. Los polímeros cortos de glucosa, especialmente la exógena, se convierten en polímeros largos para ser almacenados en el interior de las células. Cuando el organismo necesita energía metabólica, el glucógeno se descompone en subunidades de glucosa mediante el proceso de glucogenólisis. Por lo tanto, la glucogénesis es el proceso opuesto a la glucogenólisis.

La glucogenólisis

La glucogenólisis es el proceso de descomposición del glucógeno almacenado en el hígado para que se pueda producir glucosa para su uso en el metabolismo energético. El glucógeno almacenado en las células del hígado se descompone en precursores de la glucosa. Una sola molécula de glucosa se corta del glucógeno y se convierte en glucosa 1-fosfato, que a su vez, se transforma en glucosa 6-fosfato que puede entrar en la glucólisis.

Glicosilación

De forma similar a los oligosacáridos, algunos polisacáridos pueden servir como glicanos en ciertos glucoconjugados. Sin embargo, los oligosacáridos son más a menudo el componente de carbohidrato que los polisacáridos. La glicosilación es el proceso por el que un glicano se une enzimáticamente a una proteína, un lípido u otra molécula orgánica. Los procesos de glicosilación varían, dependiendo del tipo de glicosilación. Por ejemplo, la glicosilación ligada al N es cuando el glicano se une a un átomo de nitrógeno de un residuo de asparagina o arginina de una proteína. Por el contrario, la glucosilación ligada al O es un proceso en el que los glicanos ligados al O se unen al oxígeno hidroxilo de las cadenas laterales de serina, treonina, tirosina, hidroxilisina o hidroxiprolina de una proteína. También puede ser el proceso en el que los glicanos ligados al O se unen al oxígeno de los lípidos. Existen otras formas de glicosilación, como la ligada a C (es decir, el glicano unido al carbono), la ligada a P (es decir, el glicano, al fósforo) y la ligada a S (el glicano, al azufre).

Clasificación de los polisacáridos

Los polisacáridos pueden ser un homopolisacárido o un heteropolisacárido dependiendo de sus componentes monosacáridos. Un homopolisacárido (también llamado homoglicano) está formado por un solo tipo de monosacárido mientras que un heteropolisacárido (también llamado heteroglicano) está compuesto por diferentes tipos de monosacáridos.
En base a su función, los polisacáridos pueden clasificarse como polisacáridos de almacenamiento o estructurales. Los polisacáridos de almacenamiento son los que se utilizan para almacenar. Por ejemplo, las plantas almacenan glucosa en forma de almidón. Los animales almacenan azúcares simples en forma de glucógeno. Los polisacáridos estructurales son hidratos de carbono que tienen una función estructural. Las plantas tienen celulosas, que son polímeros de unidades de glucosa repetidas que están unidas por enlaces beta. Ciertos animales producen quitina que sirve como componente estructural, por ejemplo, del exoesqueleto.

Ejemplos de polisacáridos

Ejemplos comunes de polisacáridos son la celulosa, el almidón, el glucógeno y la quitina. La celulosa es un polisacárido que consiste en una cadena lineal de unidades β (1→4) de D-glucosa enlazadas: (C6H10O5) n. El almidón es un carbohidrato polisacárido (C6H10O5)n formado por un gran número de unidades de monosacáridos de glucosa unidas por enlaces glucosídicos que se encuentra especialmente en semillas, bulbos y tubérculos. El glucógeno es un polímero ramificado de glucosa que se produce principalmente en las células hepáticas y musculares, y funciona como almacenamiento secundario de energía a largo plazo en las células animales. La quitina es un polímero de polisacárido que contiene nitrógeno (C8H13O5N)n y que constituye una cubierta protectora resistente o un soporte estructural en ciertos organismos. Constituye las paredes celulares de los hongos y el exoesqueleto de los insectos. Otros ejemplos de disacáridos son la calosa, la crisolaminarina, el xilano, el manano, el fucoidán, el galactomanano y el arabinoxilano.

Importancia biológica

Los polisacáridos, al igual que el resto de los hidratos de carbono, son una de las principales fuentes de energía, por lo que son uno de los principales componentes de la dieta. Los animales los consumen para obtener monosacáridos que pueden utilizar para sintetizar ATP. Los ATP son energía química sintetizada biológicamente a través de la respiración aeróbica y anaeróbica. La glucosa es la forma más común de monosacárido que la célula utiliza para sintetizar ATP mediante la fosforilación a nivel de sustrato (glucólisis) y/o la fosforilación oxidativa (que implica reacciones redox y quimiosmosis). Y una de las fuentes de glucosa es una dieta que contenga carbohidratos. Sin embargo, un exceso de carbohidratos en la dieta puede provocar problemas de salud. Un nivel de azúcar en sangre constantemente elevado podría acabar provocando una diabetes mellitus. Además, el intestino tendría que hacer un mayor esfuerzo para digerirlos. Un exceso de fructosa, por ejemplo, podría provocar una mala absorción en el intestino delgado. Cuando esto ocurre, la fructosa no absorbida y transportada al intestino grueso podría ser utilizada en la fermentación por la flora colónica. Esto podría provocar dolor gastrointestinal, diarrea, flatulencia o hinchazón.
Las plantas almacenan el exceso de glucosa en forma de almidón. Thus, there are plants that are harvested to use the starch for food preparation and industrial purposes. Animals store carbohydrates in the form of glycogen so that when the body demands for more glucose, glucose can be taken from this reserve through the process, glycogenolysis. Polysaccharides are also essential in living organisms as they serve as structural component of biological structures, such as cellulose and chitin. Plant cellulose is harvested for its multifarious uses in the industry.

Etymology

  • Ancient Greek πολύς (polús, meaning «many) + saccharide

Synonyms

  • polysaccharose
  • polysaccharid

Related Terms

  • C polysaccharide

Compare

  • monosaccharide
  • oligosaccharide

See Also

  • carbohydrate
  • saccharide
  • polymer
  • starch
  • cellulose
  • glycogen