POLISACÀRIDS: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, CLASSIFICACIÓ, EXEMPLES - BIOLOGIA - 2025

Els polisacàrids, moltes vegades denominats glicanos, són compostos químics d'alt pes molecular formats per més de 10 unitats de sucres individuals (monosacàrids). En altres paraules, són polímers de monosacàrids units entre si a través d'enllaços glicosídics.

Es tracta de molècules molt comuns en la naturalesa, ja que es troben en tots els éssers vius, on exerceixen gran varietat de funcions, moltes de les quals encara estan sent estudiades. Són considerats la font més gran de recursos naturals renovables sobre la terra.

Estructura de la cel·lulosa, 1 homopolisacárido (Font: http://www.monografias.com/trabajos46/celulosa-madera/celulosa-madera2.shtml / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa /4.0) via Wikimedia Commons)

La paret de les cèl·lules vegetals, per exemple, està formada per un dels polisacàrids més abundants a la biosfera: la cel·lulosa.

Aquest compost, format per unitats repetides d'un monosacàrid anomenat glucosa, serveix d'aliment per a milers de microorganismes, fongs i animals, a més de les funcions que té en el manteniment de l'estructura dels vegetals.

L'home, amb el pas el temps, ha aconseguit aprofitar la cel·lulosa amb fins pràctics: utilitza el cotó per fer peces de vestir, la "polpa" dels arbres per fer paper, etc.

Un altre polisacàrid molt abundant, produït també per les plantes i de gran importància per a l'home és el midó, ja que és una de les principals fonts de carboni i energia. Està en els grans dels cereals, en els tubercles, etc.

Característiques dels polisacàrids

- Són macromolècules de molt alt pes molecular

- Estan compostes principalment per àtoms de carboni, hidrogen i oxigen

- Són molt diverses estructural i funcionalment parlant

- Hi pràcticament en tots els éssers vius sobre la terra: plantes, animals, bacteris, protozoarios i fongs

- Alguns polisacàrids són altament solubles en aigua i altres no, el que depèn, usualment, de la presència de ramificacions en la seva estructura

- Funcionen en l'emmagatzematge d'energia, en la comunicació cel·lular, en el suport estructural de cèl·lules i teixits, etc.

- La seva hidròlisi generalment resulta en l'alliberament de residus individuals (monosacàrids)

- Poden trobar com a part de macromolècules més complexes, com la porció carbohidratada de moltes glicoproteïnes, glicolípids, etc.

estructura

Tal com vam comentar a del principi, els polisacàrids són polímers de més de 10 residus de sucres o monosacàrids, els quals estan units entre si a través d'enllaços glicosídics.

Encara que són molècules molt diverses (hi ha una infinita varietat de tipus estructurals possibles), els monosacàrids més comunament trobats en l'estructura d'un polisacàrid són sucres pentoses i hexoses, és a dir, sucres de 5 i 6 àtoms de carboni, respectivament.

diversitat

La diversitat d'aquestes macromolècules jeu en el fet que, a més dels diferents sucres que les poden conformar, cada residu de sucre pot estar en dues formes cícliques diferents: furanosa o piranosa (només aquells sucres de 5 i 6 àtoms de carboni).

A més, els enllaços glicosídics poden estar en la configuració α- o β- i, per si fos poc, la formació d'aquests enllaços pot implicar la substitució d'un o diversos grups hidroxil (-OH) en el residu adjacent.

Poden estar formats, igualment, per sucres amb cadenes ramificades, per sucres sense un o més grups hidroxil (-OH) i per sucres de més de 6 àtoms de carboni, així com per diferents derivats de monosacàrids (comuns o no).

Representació gràfica d'un polisacàrid lineal i un altre ramificat (Font: jphwang / Public domain, via Wikimedia Commons), modificat per Raquel Parada Puig

Els polisacàrids amb cadenes lineals generalment es "s'empaquen" millor en estructures rígides o poc flexibles i són insolubles en aigua, cas contrari als polisacàrids ramificats, que són altament solubles en aigua i formen estructures "pastoses" en solucions aquoses.

Classificació dels polisacàrids

La classificació dels polisacàrids usualment es basa en la seva ocurrència natural, però, cada vegada és més comú classificar-los d'acord amb la seva estructura química.

Molts autors consideren que la millor manera de classificar els polisacàrids és en base a el tipus de sucres que els componen, segons el qual s'han definit dos grans grups: el dels Homopolisacàrids i el dels heteropolisacàrids.

Homopolisacàrids o homoglicanos

A aquest grup pertanyen tots els polisacàrids que estan formats per unitats de sucres o monosacàrids idèntics, és a dir, que són homopolímers d'un mateix tipus de sucre.

Els Homopolisacàrids més simples són els que tenen una conformació lineal, en què tots els residus de sucre estan units a través de el mateix tipus d'enllaç químic. La cel·lulosa és un bon exemple: és un polisacàrid compost per residus de glucosa units per enllaços β (1 → 4).

No obstant això, hi ha Homopolisacàrids més complexos i són aquells que tenen més d'un tipus d'enllaç en una cadena lineal i fins i tot poden presentar ramificacions.

Exemples d'Homopolisacàrids molt comuns en la naturalesa són la cel·lulosa, el glucogen i el midó, tots formats per unitats repetides de glucosa; en aquest grup s'inclou també la quitina, que consisteix en unitats repetides de N -acetil-glucosamina, un derivat de la glucosa.

Després hi ha altres menys populars en la literatura com els fructanos (compostos per unitats de fructosa), els pentosanos (compostos per arabinosa o xilosa) i les pectines (formades per derivats de l'àcid galacturónico, derivat, al seu torn, de la galactosa).

Heteropolisacàrids o heteroglicanos

Dins d'aquest grup, en canvi, es classifiquen tots aquells polisacàrids que estan compostos per dos o més tipus de sucres diferents, és a dir, que són heteropolímeros de sucres diferents.

Els heteropolisacàrids més senzills estan formats per dos residus de sucres dissemblants (o derivats de sucres), els quals poden (1) estar en la mateixa cadena lineal o (2) estar un formant una cadena lineal principal i l'altre constituint cadenes laterals.

No obstant això, també poden existir heteropolisacàrids formats per més de 2 tipus de residus ensucrats, altament ramificats, o no.

Moltes d'aquestes molècules s'associen amb proteïnes o lípids, formant les glicoproteïnes i els glicolípids, molt abundants en els teixits animals.

Exemples molt comuns de heteropolisacàrids són els que formen part dels mucopolisacàrids com l'àcid hialurònic, àmpliament distribuït entre els animals i que està format per residus d'àcid glucorónico units a residus d'N -acetil-D-glucosamina.

Els cartílags, presents en tots els animals vertebrats, també posseeixen abundants heteropolisacàrids, especialment el sulfat de condroitina, que està format per unitats repetides d'àcid glucorónico i N -acetil-D-galactosamina.

Una dada general sobre la nomenclatura

Els polisacàrids són nomenats amb el terme genèric glicano, de manera que les nomenclatures més precises utilitzen, per atorgar un nom, el prefix del "sucre parental" i la terminació "-à". Per exemple, un polisacàrid basat en unitats de glucosa es pot trucar glucans.

Exemples de polisacàrids

Al llarg de el text hem citat els exemples més comuns que representen, sens dubte, a aquest gran grup de macromolècules. A continuació, desenvoluparem una mica més alguns d'ells i esmentarem altres igualment importants.

El glucogen i la cel·lulosa, dos polisacàrids (Font: Sunshineconnelly at en.wikibooks / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5) via Wikimedia Commons, modificat per Raquel Parada Puig)

Cel·lulosa i quitina

La cel·lulosa, un polímer de residus de glucosa és, juntament amb la quitina, un polímer de residus de N -acetil-glucosamina, un dels polímers més abundants sobre la terra.

Molècula de quitina

La primera forma part fonamental de la paret que recobreix a les cèl·lules vegetals i l'última està en la paret de les cèl·lules dels fongs i l'exosquelet dels artròpodes, uns animals invertebrats increïblement diversos i abundants entre els quals s'inclouen els insectes i els crustacis, per exemple.

Tots dos Homopolisacàrids són igualment importants, no només per a l'home, sinó per a tots els ecosistemes de la biosfera, ja que formen part estructural dels organismes que estan a la base de la cadena alimentària.

Glicogen i midó

Els polisacàrids, entre les seves múltiples funcions, serveixen com a material de reserva energètica. En les plantes es produeix midó i en els animals es produeix glucogen.

Tots dos són Homopolisacàrids compostos per residus de glucosa, els quals estan units a través de diferents enllaços glicosídics, presentant nombroses ramificacions en patrons bastant complexos. Amb l'ajuda d'algunes proteïnes, els dos tipus de molècules poden formar grànuls més compactes.

El midó és un complex format per dos polímers de glucosa diferents: l'amilosa i l'amilopectina. La amilosa és un polímer lineal de residus de glucosa units per enllaços α (1 → 4), mentre que l'amilopectina és un polímer ramificat que s'uneix a l'amilosa a través d'enllaços α (1 → 6).

Grans de midó en una cèl·lula de papa. Font: Ganímedes / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

El glucogen, d'altra banda, també és un polímer d'unitats de glucosa unides per enllaços α (1 → 4) i amb nombroses ramificacions connectades per enllaços α (1 → 6). Aquest presenta un nombre de ramificacions significativament més gran que el midó.

Estructura de l'glucogen

heparina

L'heparina és un glucosaminoglicano associat amb grups sulfat. Es tracta d'un heteropolisacàrid compost per unitats d'àcid glucorónico, moltes de les quals estan esterificades, i per unitats de sulfat de N -glucosamina que posseeixen un grup sulfat addicional en el seu carboni juny unides per enllaços α (1 → 4).

Estructura de l'heparina. Font imatge: JU / CC0

Aquest compost és emprat comunament com un anticoagulant, receptat normalment per al tractament d'atacs cardíacs i angines de pit inestables.

altres polisacàrids

Les plantes produeixen moltes substàncies riques en heteropolisacàrids complexos, entre elles les gomes i altres compostos adhesius o emulsificants. Aquestes substàncies són, moltes vegades, riques en polímers d'àcid glucorónico i altres sucres.

Els bacteris també produeixen heteropolisacàrids els quals, moltes vegades, alliberen cap al medi que les envolta, per la qual cosa es coneixen com exopolisacáridos.

Moltes d'aquestes substàncies són emprades com a agents gelificants en la indústria alimentària, especialment aquells sintetitzats pels bacteris àcid-làctics.

referències

1. De Vuyst, L., & Degeest, B. (1999). Heteropolysaccharides from lactic acid bacteri. FEMS microbiology reviews, 23 (2), 153-177.
2. Aspinall, GO (Ed.). (2014). The polysaccharides. Academic Press.
3. The Editors of Encyclopaedia Britannica (2019). Encyclopaedia Britannica. Retrieved April 18, 2020 from www.britannica.com/science/polysaccharide
4. Dische, ZACHABIAS (1955). Sugars in polysaccharides. In Methods of biochemical analysis (Vol. 2, pp. 313-358). Interscience New York.
5. Brown Jr, RM (2004). Cellulose structure and biosynthesis: what is in store for the 21st century? Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.
6. Roach, PJ (2002). Glycogen and its metabolism. Current molecular medicine, 2 (2), 101-120.al of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 42 (3), 487-495.