Estructura tridimensional de la celulosa.

Polisacárido es cualquiera de una clase de hidratos de carbono relativamente complejos y de alto peso molecular que consiste en cadenas largas de muchos monosacáridos unidos por enlaces glucosídicos. Se considera que estas macromoléculas, muy grandes y a menudo ramificadas, tienen generalmente más de diez residuos de monosacáridos y a menudo hay cientos de monosacáridos enlazados. Su fórmula general es Cn(H2O)m y n suele estar entre 200 y 2500. Entre los polisacáridos más conocidos se encuentran los polisacáridos de almacenamiento, como el almidón y el glucógeno, y los polisacáridos estructurales, como la celulosa y la quitina.

Los polisacáridos son esencialmente polímeros en los que los monosacáridos se unen mediante enlaces glucosídicos a medida que se elimina el agua. Tras la hidrólisis, los polisacáridos se descomponen en monosacáridos como la glucosa, la ribosa y la fructosa. Cuando todos los monosacáridos de un polisacárido son del mismo tipo, como la glucosa, el polisacárido se denomina homopolisacárido, pero cuando hay más de un tipo de monosacárido se denominan heteropolisacáridos.

Los polisacáridos desempeñan una gran variedad de funciones importantes en la naturaleza. La capacidad del almidón y del glucógeno de descomponerse en azúcares simples les permite servir como importantes formas de almacenamiento de glucosa en plantas y animales, respectivamente, y la estabilidad de los enlaces en la celulosa y la fuerza de los enlaces en la quitina los convierten en excelentes componentes estructurales de plantas y artrópodos, respectivamente. La inulina es utilizada por algunas plantas como medio de almacenamiento de energía.

Resumen

Los polisacáridos son una de las cuatro clases de carbohidratos, que a su vez son moléculas biológicas que contienen principalmente átomos de carbono (C) flanqueados por átomos de hidrógeno (H) y grupos hidroxilo (OH) (H-C-OH). Los carbohidratos más simples son los monosacáridos, que son monómeros -como los azúcares simples glucosa, ribosa y- a partir de los cuales se construyen carbohidratos más grandes. Cuando hay dos monosacáridos unidos por enlaces covalentes se conocen como disacáridos. Los oligosacáridos están formados por más de 3 y, generalmente, por diez (o quizás 20) monosacáridos. Los polisacáridos son cadenas aún más grandes de monosacáridos. Así, algunos carbohidratos son pequeños, con pesos moleculares inferiores a cien, mientras que otros son verdaderas macromoléculas con pesos moleculares de cientos de miles.

En un monosacárido, las proporciones relativas de carbono, hidrógeno y oxígeno son 1:2:1, por lo que la fórmula es C(H2O). En los disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, las proporciones molares se desvían ligeramente de la fórmula general porque se pierden dos hidrógenos y un oxígeno durante cada una de las reacciones de condensación que los forman. Estos hidratos de carbono tienen la fórmula más general Cn(H2O)m. Normalmente, en los polisacáridos la n es un número grande, entre 200 y 2500. Teniendo en cuenta que las unidades que se repiten en la columna vertebral del polímero suelen ser monosacáridos de seis carbonos, la fórmula general también puede representarse como (C6H10O5)n donde n={40…3000}.

Los polisacáridos son polímeros. Un polímero es una molécula de gran tamaño (macromolécula) compuesta por unidades estructurales que se repiten y que suelen estar conectadas por enlaces químicos covalentes. En el caso de los polisacáridos, el enlace químico es un enlace glucosídico. Esencialmente, los disacáridos, los oligosacáridos y los polisacáridos se forman por una reacción de condensación en la que al combinar las unidades de monosacáridos se produce una pérdida de hidrógeno (H) de una molécula y un grupo hidroxilo (OH) de la otra y se forma un enlace glucosídico.

Cuando las moléculas de glucosa forman un enlace glucosídico, la unión será de uno de los dos tipos, α o β, dependiendo de si la molécula que une su carbono 1 es una α-glucosa o β-glucosa. En la configuración alfa, el átomo de oxígeno se encuentra por debajo del plano del anillo de azúcar. Estos diferentes enlaces forman compuestos con diferentes características. El almidón es un polisacárido de glucosa con enlaces α-1,4 glicosídicos (en los que el carbono-1 de una molécula de azúcar está unido al carbono-4 de la molécula adyacente). El glucógeno es un polisacárido muy ramificado de glucosa con enlaces α-glicosídicos. La celulosa es un polisacárido no ramificado de glucosa con enlaces β-1,4 glicosídicos que son químicamente muy estables. (A

Los polisacáridos son macromoléculas muy grandes, a menudo ramificadas. Suelen ser amorfos, insolubles en agua y no tienen sabor dulce (Campbell et al. 2006).

Polisacáridos de almacenamiento

Estarchas

Los almidones son polímeros de glucosa en los que las unidades de glucopiranosa están unidas por enlaces alfa. Se compone de una mezcla de amilosa (15-20 por ciento) y amilopectina (80-85 por ciento). Tanto la amilosa como la amilopectina son polímeros de glucosa unidos principalmente por enlaces α(1→4). La amilosa consiste en una cadena lineal de varios centenares de moléculas de glucosa y la amilopectina es una molécula muy ramificada formada por varios miles de unidades de glucosa con ramificaciones con enlaces α(1→6) cada 24 a 30 unidades de glucosa. El porcentaje de amilosa y amilopectina varía según la fuente; por ejemplo, el porcentaje de amilopectina es mayor en el arroz de grano medio y en las patatas cerosas, pero menor en el arroz de grano largo y en las patatas russet.

La formación de almidones es la forma en que las plantas almacenan la glucosa. Los almidones son insolubles en agua. Pueden ser digeridos por hidrólisis, catalizada por enzimas llamadas amilasas, que pueden romper los enlaces alfa (enlaces glucosídicos). Los seres humanos y otros animales tienen amilasas, por lo que pueden digerir los almidones. La patata, el arroz, el trigo y el maíz son las principales fuentes de almidón en la dieta humana.

Glicógeno

El glucógeno es la principal forma de almacenamiento de glucosa en las células animales. El glucógeno es un polímero muy ramificado de unos 30.000 residuos de glucosa y un peso molecular de entre 106 y 107 daltons. La mayoría de los residuos de glucosa están unidos por enlaces α-1,4 glicosídicos. Aproximadamente uno de cada diez residuos de glucosa también forma un enlace α-1,6 glucosídico con una glucosa adyacente, lo que da lugar a la creación de una rama. El glucógeno sólo tiene un extremo reductor y un gran número de extremos no reductores con un grupo hidroxilo libre en el carbono 4. Las ramificaciones aumentan la solubilidad del glucógeno

Polisacáridos estructurales

Celulosa

El componente estructural de las plantas está formado principalmente por celulosa. La celulosa es, con mucho, el compuesto orgánico (que contiene carbono) más abundante en la Tierra. La madera es en gran parte celulosa y lignina, mientras que el papel y el algodón son casi pura celulosa. La celulosa es un polímero formado por unidades repetidas de glucosa unidas por enlaces beta. Debido a la estabilidad de sus enlaces β-glicosídicos, la celulosa es un excelente material estructural que puede soportar las duras condiciones ambientales. Los seres humanos y muchos otros animales carecen de una enzima para romper los enlaces beta, por lo que no digieren la celulosa. Algunos animales pueden digerir la celulosa porque en sus intestinos hay bacterias que poseen la enzima. El ejemplo clásico es la termita.

La quitina

La quitina es un polisacárido duro y semitransparente que sirve como componente principal de los exoesqueletos de los artrópodos (como los crustáceos y muchos insectos) y de las paredes celulares de algunos hongos, entre otros lugares. La quitina está formada por unidades de N-acetilglucosamina. Éstas están unidas de forma β-1,4 de manera similar a las unidades de glucosa que forman la celulosa. En efecto, la quitina puede describirse como celulosa con un grupo hidroxilo en cada monómero sustituido por un grupo acetilamina. Esto permite un mayor enlace de hidrógeno entre los polímeros adyacentes, dando al polímero una mayor resistencia.

Polisacáridos ácidos

Los polisacáridos ácidos son polisacáridos que contienen grupos carboxilo, grupos fosfato y/o grupos éster sulfúrico.

Polisacáridos bacterianos

Los polisacáridos bacterianos representan una gama diversa de macromoléculas que incluyen el peptidoglicano, los lipopolisacáridos, las cápsulas y los exopolisacáridos; compuestos cuyas funciones van desde componentes estructurales de la pared celular (como el peptidoglicano), e importantes factores de virulencia (por ejemplo, la poli-N-acetilglucosamina en S. aureus), hasta permitir que la bacteria sobreviva en entornos difíciles (por ejemplo, Pseudomonas aeruginosa en el pulmón humano). La biosíntesis de polisacáridos es un proceso estrechamente regulado y que requiere mucha energía, y la comprensión de la sutil interacción entre la regulación y la conservación de la energía, la modificación y la síntesis de los polímeros y las funciones ecológicas externas es un enorme campo de investigación. Los beneficios potenciales son enormes y deberían permitir, por ejemplo, el desarrollo de nuevas estrategias antibacterianas (como nuevos antibióticos y s) y la explotación comercial para desarrollar nuevas aplicaciones (Ullrich 2009; Rehm 2009).

Polisacáridos de cápsulas bacterianas

Las bacterias patógenas suelen producir una gruesa capa de polisacáridos parecida a una mucosa. Esta “cápsula” encubre las proteínas antigénicas de la superficie bacteriana que, de otro modo, provocarían una respuesta inmunitaria y, por tanto, conducirían a la destrucción de la bacteria. Los polisacáridos capsulares son solubles en agua, normalmente ácidos, y tienen pesos moleculares del orden de 100 a 1000 kDa. Son lineales y están formados por subunidades que se repiten regularmente de uno a unos seis monosacáridos. Existe una enorme diversidad estructural; sólo E. coli produce casi doscientos polisacáridos diferentes. Las mezclas de polisacáridos capsulares, ya sean conjugados o nativos, se utilizan como vacunas.

Las bacterias y muchos otros microbios, incluidos los hongos y las algas, suelen segregar polisacáridos como adaptación evolutiva para ayudarles a adherirse a las superficies y evitar que se sequen. Los seres humanos han convertido algunos de estos polisacáridos en productos útiles, como la goma xantana, el dextrano, la goma gellan y el pullulan.

Los polisacáridos de la superficie celular desempeñan diversas funciones en la ecología y la fisiología bacterianas. Sirven de barrera entre la pared celular y el entorno, median en las interacciones huésped-patógeno y forman componentes estructurales de las biopelículas. Estos polisacáridos se sintetizan a partir de precursores activados por nucleótidos (denominados azúcares nucleótidos) y, en la mayoría de los casos, todas las enzimas necesarias para la biosíntesis, el ensamblaje y el transporte del polímero completo están codificadas por genes organizados en grupos específicos dentro del genoma del organismo. El lipopolisacárido es uno de los polisacáridos más importantes de la superficie celular, ya que desempeña un papel estructural clave en la integridad de la membrana externa, además de ser un importante mediador de las interacciones entre el huésped y el patógeno.

Se han identificado las enzimas que fabrican los antígenos O de la banda A (homopoliméricos) y de la banda B (heteropoliméricos) y se han definido las vías metabólicas (Guo et al. 2008). El exopolisacárido alginato es un copolímero lineal de residuos de ácido β-1,4-manurónico y de ácido L-gulurónico, y es responsable del fenotipo mucoide de la enfermedad de la fibrosis quística en su última fase. Los loci pel y psl son dos grupos de genes descubiertos recientemente que también codifican exopolisacáridos considerados importantes para la formación de biopelículas. El ramnolípido es un biosurfactante cuya producción está estrechamente regulada a nivel transcripcional, pero el papel preciso que desempeña en la enfermedad no se conoce bien en la actualidad. La glicosilación de proteínas, en particular de la pilina y la flagelina, es un tema de investigación reciente de varios grupos y se ha demostrado que es importante para la adhesión y la invasión durante la infección bacteriana (Cornelis 2008).

• Campbell, N. A., B. Williamson, y R. J. Heyden. 2006. Biology: Explorando la vida. Boston, MA: Pearson Prentice Hall. ISBN 0132508826.
• Cornelis, P. 2008. Pseudomonas: Genomics and Molecular Biology, 1ª edición. Caister Academic Press. ISBN 9781904455196.
• Guo, H., W. Yi, J. K. Song, y P. G. Wang. 2008. Current understanding on biosynthesis of microbial polysaccharides. Curr Top Med Chem 8(2): 141-51. PMID 18289083. Recuperado el 2 de febrero de 2009.
• Rehm, B. H. A. (ed.). 2009. Microbial Production of Biopolymers and Polymer Precursors: Applications and Perspectives. Caister Academic Press. ISBN 9781904455363.
• Sutherland, I. W. 2002. Polysaccharides from microorganisms, plants and animals. Páginas 1-19 en E. J. Vandamme, Biopolymers, Volume 5, Polysaccharides I: Polysaccharides from Prokaryotes. Weiheim: Wiley VCH. ISBN 9783527302260.
• Ullrich, M. 2009. Bacterial Polysaccharides: Innovaciones actuales y tendencias futuras. Caister Academic Press. ISBN 9781904455455.