CARBOHIDRATOS

Introducción a los Carbohidratos

Este nombre se derivó de las investigaciones de los primeros químicos,

quienes observaron que al calentar azúcares por un período prologado de

tiempo, en un tubo de ensayo abierto, obtenían un residuo negro, carbón y

gotas de agua condensadas en las paredes del tubo.

Además, el análisis químico de los azúcares y otros carbohidratos indicaron

que contenían únicamente carbono, hidrógeno y oxígeno y muchos de ellos

tenían la fórmula general Cx (H2O) y.

Ahora se sabe que algunos carbohidratos contienen nitrógeno y azufre además

de carbono, hidrógeno y oxígeno. No son compuestos hidratados, como lo son

muchas sales inorgánicas (por ejemplo, el sulfato de cobre pentahidratado—

CuSO4.5H2O—.

Actualmente, el nombre de carbohidratos se utiliza para designar una clase de

compuestos que son aldehídos o cetonas polihidroxiladas, o sustancias que

producen estos compuestos por hidrólisis (reacción con agua). Los

carbohidratos son los principales componentes de casi todas las plantas,

comprenden del 60 al 90% de su masa seca. En contraste, el tejido animal

contiene una cantidad comparativamente pequeña de carbohidratos (por

ejemplo, menos del 1% en el hombre). Los vegetales utilizan los carbohidratos

tanto como fuente de energía así como tejido de sostén, del mismo modo que

los animales emplean las proteínas. Los animales no realizan esta síntesis, por

lo tanto, dependen de las plantas como fuente de estos compuestos vitales. El

hombre, otra especie animal, no solo utiliza carbohidratos en su alimentación

(aproximadamente del 60 al 65% en masa de la dieta mundial), sino también

para su vestimenta (algodón, lino, rayón), habitación (madera), combustible

(madera) y productos de papel (madera).

I.-DEFINICIÓN DE CARBOHIDRATOLos carbohidratos, glúcidos o hidratos de carbono, son biomoléculas ternarias,

relativamente simples constituidas de carbono, hidrógeno y oxígeno, pero

también pueden presentar otros átomos.

Los hidratos de carbono, químicamente son polihidroxialdehídos o

polihidroxiacetonas, o productos derivados de ellos por oxidación, reducción,

sustitución o polimerización. Muchos tienen la fórmula (CH2O)n, que daba a

entender, en su origen, que se trataba de “hidratos de carbonos”.

Estas biomoléculas son las más abundantes en la naturaleza de origen sobre

todo vegetal, los glúcidos proceden de la actividad fotosintética de los

vegetales. Son estas biomoléculas la base de todo el equilibrio trófico o

alimenticio de la materia viva.

Se les considera como elementos comunes existentes en casi todos los

alimentos, tanto de forma natural o como componentes y como ingredientes

artificialmente añadidos. Su uso es muy grande y puede decirse que son muy

consumidos. Tienen diferentes estructuras moleculares, tamaños y formas que

exhiben una variedad de propiedades químicas y físicas

El almidón, la lactosa y la sacarosa (azúcar corriente) son carbohidratos

digeribles por los humanos y ellos junto con la D-glucosa y la D-fructosa

proporcionan casi el 70–80% de la calorías en la dieta humana a lo largo de

todo el mundo

II.-TIPOS DE CARBOHIDRATOS.

Basándose en su complejidad estructural los carbohidratos se presentan en

varias formas de compuestos: Monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos.

CARBOHIDRATOS

2.1.-LOS CARBOHIDRATOS COMPLEJOS

Están hechos de moléculas de azúcar que se extienden juntas en complejas

cadenas largas. Dichos carbohidratos se encuentran en alimentos tales como

guisantes, fríjoles, granos enteros y hortalizas. Tanto los carbohidratos complejos

como los carbohidratos simples se convierten en glucosa en el cuerpo y son

usados como energía. La glucosa es usada en las células del cuerpo y del cerebro

y la que no se utiliza se almacena en el hígado y los músculos como glucógeno

para su uso posterior. Los alimentos que contienen carbohidratos complejos

suministran vitaminas y minerales que son importantes para la salud de una

persona. La mayoría de la ingesta de carbohidratos debe provenir de los

carbohidratos complejos (almidones) y azúcares naturales en lugar de azúcares

procesados y refinados.

COMPLEJOSSIMPLES

MONOSACARIDOSDISACARIDOS

OLIGOSACARIDOS

POLISACARIDOS

2 moléculas de monosacáridos

3 a 10 moléculas de monosacáridos

Más de 10 moléculas de monosacáridos

HIDROLISIS

HIDROLISIS

HIDROLISIS

2.2.-LOS CARBOHIDRATOS SIMPLES

Son descompuestos rápidamente por el cuerpo para ser usados como energía y se

encuentran en forma natural en alimentos como las frutas, la leche y sus

derivados, al igual que en azúcares procesados y refinados como los dulces, el

azúcar común, los almíbares y las gaseosas. La mayor parte de la ingesta de

carbohidratos debe provenir de carbohidratos complejos (almidones) y azúcares

naturales, en lugar de azúcares procesados o refinados.

III.-MONOSACÁRIDOS

Son azúcares simples monomoleculares (monómeros), constituídos por una sola unidad de polihidroxialdehido o polihidroxiacetona; por ello no pueden ser desdoblados en compuestos más sencillos por hidrólisis.

3.1.-PROPIEDADES FÍSICAS:

En forma sólida son de color blanco, cristalino, muy soluble en agua e insoluble en disolventes no polares. La mayoría tienen sabor dulce. Son los azúcares más sencillos, son aldehídos (aldosas) o cetonas (cetosas) con dos o más grupos hidroxilo.

Debido a que los hidróxidos son grupos muy polares, todos los monosacáridos son muy solubles en agua, pueden cristalizar y atraviesan fácilmente las membranas biológicas.

Los monosacáridos existen habitualmente como isómeros, es decir son moléculas que tienen la misma fórmula general e empírica, no obstante la fórmula estructural de las moléculas es muy diferente y les imprime propiedades físicas y químicas muy distintas; Por ejemplo, la glucosa y la fructosa tienen la misma fórmula C6H12O6 puesto que contienen los mismos átomos en las mismas proporciones, pero las fórmulas estructurales para indicar el ordenamiento espacial de las partes es muy diferente, así mismo el sabor de la glucosa ni siquiera se aproxima al sabor de la fructosa que es el monosacáridos más dulce.

Los monosacáridos debido a que presentan uno o varios carbonos asimétricos, tienen la posibilidad de formar numerosas configuraciones ópticas espaciales

en la cadena hidrocarbonada originando los estereoisomeros (son imágenes especulares “en un espejo”, una idéntica de la otra), la más frecuente son, D y L, por sus configuraciones espaciales, derecha a izquierda (D por dextro = derecha y L por Levo = izquierda). El caso más sencillo es el de la aldotriosa gliceraldehído, que tiene un carbono asimétrico, lo que da lugar a dos configuraciones posibles, conocidas como isómeros D y L. Todos los demás azúcares se consideran estructuralmente deriva-dos D ó L – gliceraldehído, por lo que se agrupan en las familias D y L.

La serie D comprende todos los monoscáridos en los que el OH del carbono estereogénico directamente unido al grupo CH2OH terminal está situado a la derecha en una proyección de Fisher.

Los monosacáridos son moléculas polifuncionales ya que poseen un grupo

aldehido, o cetóníco, y al menos dos grupos hidroxilos. Como es conocido,

los grupos carbonilos reaccionan en medio ácido para dar acetales:

O H+OR' H+

OR'R C + HOR' R C H + HOR' R-- C -- H

H OH OR'un hemiacetal un acetal

3.2.-PROPIEDADES QUÍMICAS:

Reacciones de oxidación:

Todos los monosacáridos reducen los reactivos de Fehling y de Tollens y

son por lo tanto azúcares reductores. Si estas reacciones sirven para

diferenciar aldehidos de cetonas ¿por qué cetosas y aldosas tienen igual

β-L-Glucosa

β-D-Glucosa

β-L-Glucosa

β-D-Glucosa

β-D-Glucosa(forma de silla)

comportamiento frente a estos reactivos? Ambos reactivos son alcalinos y

el medio básico provoca la isomerización, e incluso la descomposición, de los

azúcares ya que facilitan la formación de la forma enolica.

CHO CHO

H C OHCHOH

HO C H

H C OH H C OH C OH

H C OH

enodiol

CH2OH CH2OH

C O C OH etc

H C OH C OHcetosa

Las aldosas, pero no las cetosas se oxidan con agua de bromo obteniéndose un ácido glicólico. Esta reacción permite diferenciar las aldosas de las cetosas ya que por ser este un medio ácido no se isomerizan los azúcares. La oxidación con ácido nítrico produce ácidos glicáricos:

Br2/H2OCOOH

H-C-- OH n CHO CH2OH

H - C - OH nCOOHCH2OH HNO3

H-C-- OH n COOH

Oxidación con ácido peryódico:

Los compuestos que contienen dos grupos susceptibles de oxidarse en

carbonos adyacentes se oxidan, con ruptura del enlace carbono-carbono:

R-CH-/-CH-R’ R-C-H + H-C-R’ (+HLO3)

EPIMEROS

Ácido glicólico

Ácido glicárico

HLO4

OH OH O O

R-CH—CH-R’ NO REACCIONA

OH OR’’

R-CH-/-CH-/-CH-R’ R-C-H + HCOOH + H-C-R’ (+HLO3) OH OH OH O O

*OJO: Por cada enlace que se rompe se incrementa en 1 oxigeno.

Formación de osazonas:Como todos los aldehidos las aldosas reaccionan con fenilhidracina para dar fenilhidrazonas. Si se emplea un exceso del reactivo (3:1) se obtienen osazonas:

epímeros<

CHO

H C OH

H C OH

3 C6H5NHNH2

dos moles forman la osazonaCH NNHC6H5

H

C NNHC6H5C OH

osazona

IV.-RESUMEN DE LAS MÁS IMPORTANTES REACCIONES DE LOS MONOSACÁRIDOS:

HLO4

HLO4

CHO

OH--C--H

H--C--OH

+ C6H5NH2 + NH3

Un mol oxida al grupo OH y se reduce

V.-CLASIFICACION.

Los monosacáridos se clasifican en: 1). Por el grupo funcional, 2). Por el

número de átomos de carbono en su cadena molecular.

5.1.-POR EL GRUPO FUNCIONAL

Los monosacáridos corrientes tienen el esqueleto hidrocarbonado no

ramificado y todos los átomos de carbono, excepto uno, poseen un grupo

hidroxilo; en el átomo de carbono restante existe un oxígeno carbonílico, que,

como veremos, se halla frecuentemente combinado formando un enlace

acetal o acetaldehído y cetal o cetónico, originando las aldosas y cetosas.

ALDOSAS.- Son monosacáridos cuyo grupo carbonilo se halla al final de la

cadena, originando una función aldehído (-COH), recibiendo el nombre de

aldosas. Son azúcares reductores, a consecuencia del grupo aldehído que es

muy reactivo. Son capaces de reducir en caliente y en medio alcalino al cobre

(II), azul a cobre (I), rojo. Este es el fundamento de las clásicas reacciones de

Fehling y Benedict, entre otras.

El nombre de estos azúcares se hace terminar en “osa”.

D-gliceraldehido D-eritrosa D-treosa D-ribosa D-arabinosa D-xilosa D-lixosa

CETOSAS.- Son monosacáridos cuyo oxígeno carbonilo que forma la función cetona (= C = O) se encuentra en cualquier otra posesión. El nombre de estos azúcares se hace terminar frecuentemente en “ulosa”, por ejemplo ribulosa.

Dihidroxiacetona D-eritrulosa D-ribulosa D-xilulosa

D-psicosa D-fructosa D-sorbosa D-tagatosa

5.2.-POR EL NÚMERO DE ÁTOMOS DE CARBONO EN SU CADENA MOLECULAR

Según el número de átomos de carbono que posee la cadena se distinguen los

siguientes monosacáridos.

TRIOSAS.- (C3H6O3) Con tres átomos de carbono en su cadena molecular.

TETROSAS.- (C4H8O4) Con cuatro carbonos en su cadena molecular.

PENTOSAS.- (C5H10O5) Con cinco átomos de carbonos en su cadena

molecular.

HEXOSAS.- (C6H12O6) Con seis átomos de carbonos en la cadena molecular.

HEPTOSAS.- (C7H14O7) Con siete átomos de carbonos en la cadena molecular.

VI.-MONOSACÁRIDOS IMPORTANTES.

TRIOSAS.- Son monosacáridos importantes en el metabolismo celular. Se

forman en el catabolismo anaeróbico de la glucosa.

PENTOSAS.- En este grupo se encuentra azúcares de extremada importancia

en la química de la herencia, son componentes de los ácidos nucleicos: ribosa,

integrantes del ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). La

ribosa interviene además en la formación de la molécula del adenosintrifosfato

(ATP), y en coenzimas NAD (dinucleotido de nicotinamida y adenina); flavo

proteínas y la coenzima A o ATP.

HEXOSAS.- Estos glúcidos se consideran los más importantes desde el punto

de vista energético y nutricional ya que la mayor parte de los alimentos están

constituidos por ellos, las principales son:

Glucosa.

- Es la hexosa más común en los organismos de todos los reinos de los seres vivos, y se considera la más importante fuente de energía y material formativo para la estructura de las células.

Usos:

En nutrición:

Es un importante reconstituyente nutricional y de fluidos, ya que las células lo utilizan como fuente primaria de energía y es un intermediario metabólico.

La Dextrosa (otro nombre de la glucosa) es una fuente de energía para el cerebro. Cuando la glucosa está baja los procesos psicológicos que requieren esfuerzo mental se ven perjudicados.

Se usa cuando es necesario reducir el aporte de calorías.

En la industria alimentaria: como endulzante. Sin embargo tiene otras aplicaciones y se utiliza en diferentes áreas, tales como:

Panadería: la glucosa líquida tiene una función higroscópica, es decir, tiene la capacidad de absorber o ceder humedad. Se utiliza en las masas batidas y fermentadas como conservador.

Repostería: el uso que tiene el jarabe de glucosa en este ramo de la industria alimentaria es como ingrediente de los adornos de azúcar o bombón en pasteles.

Producción de chocolate: se utiliza como edulcorante, aunque por su alto contenido de agua no es tan utilizado.

Elaboración de helados: con la glucosa líquida o jarabe de glucosa se evita que los helados se cristalicen y se potencia su consistencia cremosa. También se utiliza como estabilizante en el proceso de producción de los helados.

Uso clínico:

Su administración por vía parenteral contribuye a la restauración de los niveles sanguíneos de glucosa, minimiza el gasto de glucógeno hepático y disminuye la destrucción de proteínas como fuente de energía.

Al ser de rápida absorción se utiliza como alimentación parenteral en personas hospitalizadas y en niños con gastroenteritis y diarreas.

Fructosa.Es el más dulce de los monosacáridos: tiene la misma composición química de la glucosa, pero con un grupo cetona (= C = O) en el carbono 2, en lugar del grupo aldehído.

Usos:

Es utilizada como edulcorante para diabéticos, aunque hoy en día existen desacuerdos en su uso en este tipo de pacientes.

En la industria alimentaria, se le puede encontrar en una variedad de alimentos procesados, frutas y bebidas refrescantes azucaradas, azúcar común, entre otros.

En estudios de laboratorio, análisis, investigación y química fina. Es de gran aporte energético celular ya que es transformada rápidamente en glucosa en el hígado y en el intestino grueso para ser utilizada como fuente rápida de energía.

Galactosa.Proviene de la hidrólisis de la lactosa que es el azúcar de la leche.

Uso: Aporte energético celular, ya que es sintetizada

por las glándulas mamarias para producir lactosa (un disacárido formado por la unión de glucosa y galactosa).

Ribosa.

Usos:

Utilizado por el organismo para que el cuerpo produzca ATP (Adenosín Trifosfato) que es el material de intercambio de energía de la célula y proporciona la potencia que todas las células necesitan para funcionar.

En lo terapéutico, optimiza la producción de energía en el corazón y mejorar la recuperación después de un acontecimiento cardíaco o de una intervención quirúrgica de corazón, también benéfica para mejorar la tolerancia al ejercicio en personas con angina y ayudando a reducir la fatiga posterior al ejercicio y dolor muscular.

Desoxirribosa.

Uso: Siendo derivado de la ribosa, también es un

componente de los ácidos nucleícos ARN (ribosa) y ADN (desoxirribosa), los cuales como funciones más importantes tienen la de transmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas.

XII.-OLIGOSACÁRIDOS

Los oligosacáridos son polímeros de monosacáridos con un número de unidades monoméricas entre 2 y 10. Los oligosacáridos más presentes en la naturaleza son la inulina, la oligofructosa (fructooligosacáridos) y los galactooligosacáridos.

La inulina y oligofructosa están formados por cadenas de fructosa que pueden terminar en glucosa o fructosa. Están presentes en muchos vegetales: achicoria, cebolla, puerro, ajo, plátano, alcachofa, etc.

Los galactooligosacáridos están formados por cadenas de galactosa y están presentes en la leche y en algunas plantas.

Los oligosacáridos forman parte de los glucolípidos y glucoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática y por lo tanto

tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento celular.

.Los oligosacáridos son polímeros de hasta 10 unidades de monosacáridos. La unión de los monosacáridos tiene lugar mediante enlaces glicosídico s , un tipo concreto de enlace acetálico. Los más abundantes son los disacárido s , oligosacáridos formados por dos monosacáridos, iguales o distintos. Los disacáridos pueden seguir uniéndose a otros monosacáridos por medio de enlaces glicosídicos:

1. si el disacárido es reductor, se unirá a otros monosacáridos por medio del OH de su carbono anomérico o de cualquier OH alcohólico

2. si no es reductor, se unirá únicamente por medio de grupos OH alcohólicos

Así se forman los trisacáridos, tetrasacáridos, o en general, oligosacáridos. La cadena de oligosacáridos no tiene que ser necesariamente lineal, y de hecho, con mucha frecuencia se encuentran en la Naturaleza oligosacáridos y polisacáridos ramificados.

Se ha establecido arbitrariamente un límite de 10 unidades para definir a los oligosacáridos. Por encima de este valor se habla de polisacáridos.

Los oligosacáridos suelen estar unidos covalentemente a proteínas o a lípidos formando glicoproteínas y glicolípidos.

Los oligosacáridos pueden unirse a las proteínas de dos formas:

· mediante un enlace N-glicosídico a un grupo amida de la cadena lateral del aminoácido asparagina

· mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH de la cadena lateral de los aminoácidos serina o treonina.

Unión N-glicosídica a una proteína Unión O-glicosídica a una proteína

Los oligosacáridos se unen a los lípidos mediante un enlace O-glicosídico a un grupo OH del lípido. La figura izquierda de la tabla inferior muestra un oligosacárido unido a un fosfolípido. La unión y la estructura del oligosacárido son de tal manera que éste no presenta ningún grupo reductor libre. En la composición del oligosacárido suelen formar parte monosacáridos como: D-glucosa, D-galactosa, D-manosa, N-acetil-D-glucosamina, N-acetil-D-galactosamina, ácido siálico y fucosa.Los oligosacáridos que forman parte de los glicolípidos y glicoproteínas que se encuentran en la superficie externa de la membrana plasmática (figura derecha de la tabla superior) tienen una gran importancia en las funciones de reconocimiento en superficie.

Los oligosacáridos también cumplen funciones importantes cuando forman parte de las glicoproteínas solubles del citoplasma.

El grupo más importante de los oligosacáridos es el de los disacáridos, o azúcares dobles,

que son la unión de dos monosacáridos, mediante pérdida de una molécula de agua

formando así un enlace tipo éter.

Son disacáridos:

Maltosa.

Usos: Agente edulcorante. Como intermediario fermentable en la industria

cervecera.

Lactosa.

Usos:

En la fabricación de productos alimenticios, cosméticos y farmacéuticos.

En la industria farmacéutica, se utiliza como diluyente de principios activos (excipiente), su propiedad de ser inerte la hace compatible con una gran cantidad de moléculas activas.

En la industria alimentaria, es utilizada principalmente en la fabricación de alimentos para lactantes; ya que se hidroliza más fácilmente que la sacarosa, es menos dulce y ayuda a restablecer la flora intestinal. Es utilizada también en la fabricación de pan, cereal, bebidas, salsas, etc.

Sacarosa.

Usos:

Ayudar en la generación de energía que el cuerpo humano necesita para que funcionen los diferentes órganos.

Es el edulcorante más utilizado en el mundo industrializado, siendo usado en la industria alimentaria para preparación de panes (para la fermentación de la levadura e incrementar el volumen del pan), pasteles, galletas, bebidas (proporciona sabor, dulzor y sensación agradable en las bebidas carbonatadas, jugos y líquidos de bajo contenido alcohólico), mermeladas, confitería, goma de mascar, entre otros.

12.1.-FUNCIONES DE LOS OLIGOSÁCARIDOS EN DISOLUCIÓN

La molécula representada en la parte inferior corresponde a una proteína soluble, la glucoamilasa de Aspergillus awamorii (código PDB = 3GLY). Presenta azúcares O-glicosiladas a residuos de Ser o Thr (resaltados en color verde) y oligosacáridos N-glicosilados a residuos de Asn (resaltados en color azul).Entre las funciones que llevan a cabo los oligosacáridos unidos a proteínas que se encuentran disueltas en el citoplasma celular caben destacar:

1. Función estructural: La presencia del oligosacárido puede participar

en el proceso de plegamiento correcto de la molécula, como en el caso de la inmunoglobulina G (Figura derecha de la tabla superior). Además, confiere mayor estabilidad a las proteínas de membrana, ya que al ser muy polares, facilitan su interacción con el medio (Figura izquierda de la tabla superior).

2. En muchos casos, el oligosacárido que se une a la estructura de la proteína determina el destino de la proteína sintetizada (targeting): glicoproteína de la membrana, proteína de secreción o proteína específica de un orgánulo determinado (figura inferior).

3. Los residuos de ácido siálico, además de aportar numerosas cargas negativas a las proteínas, también las protegen de la acción de proteasas (proteínas que destruyen otras proteínas).

En los peces que habitan en latitudes polares, existe una proteína

anticongelante (Figura central de la tabla superior), presente en elevada

concentración en los líquidos corporales de estos animales, y que se une a una

gran cantidad de residuos de carbohidrato.

INULINA

Es el nombre con el que se designa a una familia de glúcidos complejos (polisacáridos), compuestos de cadenas moleculares de fructosa. Es por lo tanto un fructosano o fructano, que se encuentran generalmente en las raíces, tubérculos y rizomas de ciertas plantas fanerógamas (por ejemplo el yacón) en forma de sustancias de reserva. Forma parte de la fibra alimentaria.

La inulina libera fructosa durante la digestión, aunque en pequeña proporción, ya que el organismo humano carece de enzimas específicas para degradarla, y es bien tolerada por los diabéticos gracias a que no precisa de la hormona insulina para su metabolismo.

Además, medicinalmente la inulina es una sustancia muy útil ya que al no ser degradada por enzimas endógenas, y al filtrar a nivel glomerular sin ser excretado ni reabsorbido a nivel tubular, suele utilizarse para evaluar la funcion renal a nivel de glomérulo.

ALIMENTOS PROCESADOS

La inulina está comenzando a utilizarse de manera creciente en alimentos, debido a sus inusuales características nutricionales y en especial a sus propiedades como ingrediente alimentario (según la legislación europea, no es un aditivo alimentario). Propiedades que van desde un sabor moderadamente dulce en los miembros más sencillos de la familia, hasta los más complejos que pueden servir como sucedáneos de harinas; pasando por una enorme cantidad de compuestos de mediana complejidad sin sabor y con una textura y palatabilidad muy similar a la de las grasas (a las que de hecho reemplaza en numerosos productos de bajas calorías, en especial lácteos y helados).

Estas propiedades son particularmente ventajosas debido a que la inulina contiene entre un tercio y un cuarto de las calorías del azúcar y entre un sexto y un noveno de las calorías de las grasas.

Además incrementa la absorción de calcio y posiblemente también de

magnesio, sumado al hecho de que promueve la flora intestinal beneficiosa.

Produce un impacto mínimo en el azúcar sanguíneo, regulariza el tránsito intestinal y ayuda a mejorar la calidad de vida de las personas con síndrome de colon irritable.

XIII.-POLISACÁRIDOS

Frecuentemente son compuestos amorfos, insolubles e insípidos, con masas molares sumamente grandes. Los polisacáridos son biomoléculas formadas por la unión de una gran cantidad de 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

13.1.-CLASIFICACIÓN DE LOS POLISACÁRIDOS

Para 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.

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.

Es de destacar que 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 α(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 otramanera 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.

SEGÚN LA COMPOSICIÓN

Se distinguen dos tipos de polisacáridos según su composición:

1. Homopolisacáridos: están formados por la repetición de un monosacárido.

2. 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.

XIV.-AGAR

El agar, o agar -agar, es un polisacárido que se obtiene de algas del género Gelidium, algas que se han utilizado en la cocina tradicional japonesa, por sus propiededes gelificantes, desde hace muchos siglos. También se obtiene de otras algas, entre ellas especies de los géneros Gracillaria , de las que procede actualmente la mayoría del agar, y de Gelidiella y Pterocladia, que aportan pequeñas cantidades. El agar de mejor calidad de obtiene de Gelidium, aunque en los últimos años se ha extendido mucho la obtención a partir de cultivosmarinos de Gracillaria, que son ahora la fuente principal de este polisacárido. En España se obtiene sobre todo de Gelidium corneum. En el listado de aditivos alimentarios de la Unión Europea, el agar es el E-406

ESTRUCTURA

El agar se considera formado por la mezcla de dos tipos de polisacáridos, la agarosa y la agaropectina. La agarosa es el componente principal, representando alrededor del 70% del total. Tanto la agarosa como la Agarosa y agaropectina se diferencian en la presencia de restos de sulfato y piruvato,relativamente abundantes en la agaropectina y muy escasos (idealmente, ausentes) en la agarosa. Los restos de sulfato aparecen sobre unidades de galactosa, que entonces ocupan el lugar de una anhidrogalactosa en la secuencia alterna. Existe una gradación de tipos entre la agarosa y la agaropectina muy sulfatada. Precisamente las algas sintetizan el agar en forma sulfatada, produciendose la anhidrogalactosa en la eliminación enzimática del sulfato. Esto es un detalle muy importante, dado que el contenido de sulfato

decrece con la madurez de la planta, a la vez que aumenta mucho la resistencia de los geles del agar obtenido a partir de ella. También, dependiendo de las especies, algunos restos de galactosa tienen grupos metilo en el carbono 6. La cantidad y calidad del agar acumulado depende de diversos factores biológicos y ambientales, en incluso es distinto en distintas zonas del alga.

En disolución, a temperatura alta, las cadenas de agar están desenrrolladas y plegadas al azar. Los geles de agar se forman fundamentalmente por uniones en forma de doble hélice entre las cadenas de agarosa. La presencia de grupos sulfato, como sucede en la agaropectina, impediría la formación de estas hélices. Para obtener el agar de Gracillaria, el alga se trata en medio alcalino antes de la extracción del polisacárido, para reducir su contenido de sulfato y mejorar sus propiedades. Esta técnica, desarrollada en la década de 1950, ha permitido utilizar el agar de este alga, que sin tratamiento alcalino es de muy mala calidad.Los geles de agar se forman a concentraciones de menos del 1% de polisacárido, y son transparentes, duros y quebradizos. Esta última propiedad los diferencia de la mayoría de los otros geles de polisacáridos, que son más elásticos. Además tienen la propiedad particular de presentar una gran histéresis térmica. Es decir, mientras que el gel se forma (en el caso del agar de Gellidium) a una temperatura de alrededor de entre 30ºC, volver de nuevo a la disolución exige calentar el gel hasta entre 75ºC y 90ºC, según el tipo. Los geles de agar de Gracillaria presentan el mismo fenómenos, pero menos acusado. Con esta salvedad, los geles de agar son reversibles térmicamente

El agar es un polisacárido relativamente caro, por lo que se utiliza en forma limitada, y en muchas aplicaciones se ha sustituido por el carragenano. Como gelificante, se enplea en productos cárnicos y de pescado de gama alta, para mimetizar la gelatina, que tiene el inconveniente de fundir a temperatura baja, asi como en otros productos "gelatinosos". Como estabilizante, puede utilizarse en productos lácteos y helados, combiando con la goma de algarroba.

El agar es un polisacárido no digerible, que desde el punto de vista nutricional forma parte de la "fibra". Las enzimas capaces de degradar el agar son extarordinariamente raras, incluso entre los microrganismos. Por eso el agar es también un valioso medio de cultivo en bacteriología, utilizándose en esta aplicación desde la década de 1880.

Estructura y usos de los siguientes polisacáridos comunes:

Celulosa.

Usos:

Se utiliza en la fabricación de papel, cartón, explosivos (nitrocelulosa), seda artificial, rayón, celofán, barnices, en la síntesis de diversos productos químicos, etc.

Además de los usos anteriores, la celulosa comienza a ganar terreno en la industria de los alimentos, donde actualmente es utilizada como aditivo. El uso de celulosa es especialmente útil en productos de consistencia cremosa y bajo contenidos de grasas, tiene buenas características anti-apelmazantes, funciona como espesante, aumenta el contenido de fibra y reduce la necesidad de usar ingredientes como aceite y harina.

Almidón.

Usos:

El almidón y los productos de almidón son usados en variedad de formas tanto en la industria de alimentos como en la no alimentaria.

Productos Alimentarios:

Industria alimenticia:

Medio de moldeo para caramelos de frutas, rodajas de naranja y gomas de mascar.

Protector contra la humedad de diversos productos en polvo, como azúcares, pues los almidones absorben humedad sin apelmazarse.

Espesante, cuerpo y textura al alimento preparado; para sopas, alimentos para infantes, salsas, gelatinas sintéticas.

Agente coloidal, textura, sabor y apariencia. La cocción del almidón produce una solución coloidal estable, compatible con otros ingredientes en productos alimenticios.

Aglutinante, para el ligamento de componentes. En la preparación de salchichas y embutidos cocidos.

Emulsificante, produce una emulsión estable en la preparación de mayonesas y salsas similares.

Estabilizador, por su elevada capacidad de retención de agua es usado en productos mantecados-helados.

En la mezcla con harinas para bajar el contenido de proteínas y la fuerza del gluten en panaderías.

En la fabricación de galletas para aumentar su propiedad de extenderse y crujir, además de ablandar la textura, aumentar el sabor y evitar que se pegue.

Industria de edulcorantes:

Pueden obtenerse maltodextrinas, jarabes de glucosa, dextrosa y fructosa cristalina y jarabes de alta fructosa. Cada uno de estos jarabes tiene sus propias características y aplicaciones. Los jarabes sólidos obtenidos por evaporación de los jarabes de hidrolizados de almidón son ampliamente usados en alimentos dietéticos debido a sus bajo valor calórico.

Productos No alimentarios.

Industria textil:

Apresto, en la industria textil como encolante de la urdimbre, aprestado y estampado de tejidos.

En lavandería para almidonar tejidos blancos y darles dureza y para restaurar apariencia y cuerpo a las prendas de vestir.

Industria farmacéutica y cosmética:

Agente de dispersión de polvo y como ligante del ingrediente activo de tabletas y productos medicinales.

Espolvorante, como polvo fino en la preparación de polvos faciales finos, polvos compactos y polvos nutritivos.

Industria papelera:

Adhesivo, para diferentes aplicaciones en la industria de papel y cartón.

Servir como aglomerante de los componentes que forman el papel, fibra celulósica y rellenos, formando una capa superficial que reduce la pelusa y aumenta la resistencia mecánica del papel a la aspereza y plegado, aumenta la solidez y la durabilidad del papel.

En las empresas productoras de cartón corrugado se utiliza para la formación del cartón ya que permite

unir las láminas planas de cartón a la lámina corrugada u ondulada.

Industria de adhesivos:

Elaboración de adhesivos de alta fuerza o para colas de menor precio para diversas aplicaciones en la industria de papel y cartón.

Quitina.

Usos.

Agente para curar heridas, espesante y estabilizador en medicamentos.

Aditivos en los alimentos, por sus propiedades como espesantes, gelificantes y emulsificantes, se utilizan como mejoradores de la textura, ya que fijan agua y grasa.

Tratamiento de agua :

Quitina y sus derivados actúan como quelantes de metales de transición y contaminantes ambientales (bifenilos policlorados), como removedores de iones metálicos (Hg, Cd, Pb, Ag y Ni), como floculantes coagulantes y precipitantes de proteínas, aminoácidos, tintes, colorantes, algas, aceites, metales radioactivos (U y Co), partículas en suspensión y pesticidas.

Se emplean en el tratamiento de piscinas y estanques, efluentes de industrias de alimentación y residuos alimenticios, aguas residuales (refinerías de petróleo, plantas procesadoras de pescado, cerveceras, mataderos, etc.) y en el tratamiento de agua de bebida.